离子液体溶解法制备纤维素层析介质及应用研究

论文摘要

层析是生物分离技术中最有效及最广泛应用的方法之一,具有分离效率高、选择性好、设备简单、便于自动化控制、分离过程温和及分离机理多样化等优势。层析分离广泛应用于蛋白质、基因工程药物等多种生物对象的分离纯化,其中层析介质是关键要素之一。本文采用离子液体直接溶解纤维素,探讨纤维素微球制备的新方法,并功能化成层析介质,应用于生物分离。主要包括以下三方面内容：第一,纤维素微球制备工艺的优化及孔道扩增。选取三种纤维素原料—精制棉、脱脂棉和微晶纤维素,利用离子液体BmimCl直接溶解纤维素制备黏胶,以环己烷或淀粉作为制孔剂,采用反相悬浮和降温固化法,制备得到多孔纤维素微球。考察了纤维素种类及浓度、油水比、搅拌转速、固化剂加入量、制孔剂种类及加入量等影响,优化了制备条件。所制纤维素微球的球形度好,粒径80～300μm,湿真密度约1.01g/ml,孔度95%左右,平均孔径约40nm,比表面积为90m2/ml,是一种生物大分子层析分离的良好基质。结果表明,环己烷扩孔效果较好,有利于生物大分子分离。第二,纤维素介质制备及蛋白吸附性能。将微晶纤维为原料制备的未扩孔、淀粉扩孔和环己烷扩孔微球分别偶联上阴离子交换配基DEAE,得到三种弱阴离子交换介质Cell-M-DEAE、Cell-S-DEAE和Cell-C-DEAE,考察了离子交换容量、静态吸附、动态吸附及穿透行为。离子交换容量均在250μmol/ml左右; Cell-C-DEAE的静态吸附容量较低,但有效扩散系数高,吸附速率快,10%穿透时动态吸附容量高。结果表明,扩孔微球的动态吸附性能得到改善,环己烷扩孔比淀粉扩孔效果好。将微晶纤维素-环己烷扩孔微球偶联上疏水性电荷诱导配基MMI,制备得到新型介质Cell-C-MMI,考察了卵黄抗体IgY的静态和动态吸附性能。发现pH中性条件下饱和吸附容量大,pH4时吸附能力显著减弱,加入适量硫酸铵有助于IgY吸附。第三,疏水性电荷诱导层析分离卵黄抗体。采用HCIC介质Cell-C-MMI,从蛋黄粉中分离卵黄抗体IgY,考察了上样和洗脱pH的影响,优化了分离条件。结果表明,合适的上样pH为8.0,洗脱pH为4.0,分离得到IgY纯度为70.1%,收率为75.6%,纯化倍数为2.7。新型HCIC介质对IgY有良好的分离性能,但IgY纯度有待进一步提高。本文围绕纤维素微球介质,开展了介质制备、功能化和应用研究。实现了离子液体直接溶解纤维素,制备纤维素微球,简化了黏胶制备工艺,过程绿色环保。所制备的纤维素新型介质,具有吸附容量高、分离性能优良等特点,为生物大分子分离提供了新型材料。

论文目录

• 致谢
• 序言
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 层析分离原理
• 1.3 层析分离介质
• 1.3.1 介质材料
• 1.3.2 球形纤维素介质的制备
• 1.3.3 介质的孔道扩增
• 1.4 离子液体溶解纤维素
• 1.4.1 离子液体
• 1.4.2 纤维素的直接溶解
• 1.4.3 离子液体中再生纤维素
• 1.5 层析分离蛋白质
• 1.5.1 凝胶过滤层析
• 1.5.2 离子交换层析
• 1.5.3 疏水相互作用层析
• 1.5.4 亲和层析
• 1.5.5 混合模式层析
• 1.6 卵黄抗体及其分离纯化
• 1.6.1 卵黄抗体IgY的特性
• 1.6.2 卵黄抗体IgY的分离提纯
• 1.7 研究思路
• 第二章 纤维素微球基质的制备
• 2.1 引言
• 2.2 制备原理
• 2.2.1 纤维素微球制备
• 2.2.2 纤维素微球的孔道扩增
• 2.3 材料与方法
• 2.3.1 试剂与仪器
• 2.3.2 纤维素黏胶制备
• 2.3.3 木薯淀粉扩孔纤维素微球的制备
• 2.3.4 环已烷扩孔纤维素微球的制备
• 2.3.5 化性质表征
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 纤维素微球制备条件优化
• 2.4.2 纤维素微球的外观形态
• 2.4.3 纤维素微球的理化性质
• 2.5 本章小结
• 第三章 离子交换层析介质制备和吸附性能
• 3.1 引言
• 3.2 相关原理
• 3.2.1 DEAE配基偶联
• 3.2.2 Langmuir吸附平衡
• 3.2.3 吸附动力学模型
• 3.3 材料与方法
• 3.3.1 试剂与仪器
• 3.3.2 阴离子交换功能基团偶联
• 3.3.3 离子交换容量
• 3.3.4 静态吸附平衡
• 3.3.5 吸附动力学
• 3.3.6 穿透曲线
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 DEAE阴离子交换介质制备
• 3.4.2 静态吸附平衡
• 3.4.3 吸附动力学
• 3.4.4 蛋白质穿透曲线
• 3.5 本章小结
• 第四章 疏水性电荷诱导层析介质制备和吸附性能
• 4.1 引言
• 4.2 相关原理
• 4.2.1 HCIC介质制备
• 4.3 材料与方法
• 4.3.1 试剂与仪器
• 4.3.2 基质活化
• 4.3.3 基质溴化
• 4.3.4 配基偶联
• 4.3.5 活化基质的双键密度测定
• 4.3.6 配基含量测定
• 4.3.7 静态吸附平衡
• 4.3.8 吸附动力学
• 4.3.9 穿透曲线
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 Cell-C-MMI介质制备
• 4.4.2 静态吸附平衡
• 4.4.3 吸附动力学
• 4.4.4 IgY穿透曲线
• 4.5 本章小结
• 第五章 疏水性电荷诱导层析分离卵黄抗体
• 5.1 引言
• 5.2 材料与方法
• 5.2.1 试剂与仪器
• 5.2.2 固定床层析分离
• 5.2.3 IgY纯度鉴定
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 上样pH对IgY分离的影响
• 5.3.2 洗脱pH对IgY分离的影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 硕士期间成果