生物制药分离纯化技术绪论

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第六章 生物制药分离纯化技术绪论,目 录,第一节 概述,第二节 生物药物的分离纯化原则,第三节 生物药物的分离纯化,第四节 分离纯化的基本工艺流程,知识要求,掌握分离纯化的基本原理、工艺流程。,熟悉生物制药分离纯化的单元操作。,了解生物制药分离纯化的原材料的来源，分离纯化的原则与准备,能力要求,熟练掌握生物制药分离纯化技术的基本知识，学会分离纯化方法的选择与相关应用。,学习目标,生物药物是指综合运用微生物学、化学、生物化学、生物技术、药学等科学的原理和方法，从生物体、生物组织、细胞、体液等制造的用于预防、治疗和诊断的制品。生物药物原料以天然的生物材料为主，包括微生物、人体、动物、植物、海洋生物等。生物药物的特点是药理活性高、毒副作用小，主要有蛋白质、核酸、糖类、脂类等。,第一节 概述,一、生物药物制备的一般过程,（二）生物药物的提取,（一）生物药物原料的选择、预处理与保存方法,（三）生物药物的分离提取方法,2提取试剂,预处理：原料采集后，就地去除结缔组织、脂肪组织等不用的部分，将有用的保鲜处理。收集微生物原料时，应及时将菌体与培养液分开，进行保鲜处理。,保存方法：冷冻法，适用于所有生物原料。,有机溶剂脱水法（如丙酮）：适用于原料少、价值高。有机溶剂对原料生物活性无影响。,防腐剂保鲜：常用乙醇、苯酚等，适用于液体原料，如发酵液、提取液。,1. 根据分子形状和大小不同，可采用差速离心与超速离心、膜分离（透析，电渗析）、超滤、凝胶过滤等等技术进行分离。,2. 根据分子极性大小及溶解度不同，可采用溶剂提取、逆流分配、分配层析、盐析、等电点沉淀及有机溶剂分级沉淀等技术进行分离。,3. 根据分子电离性质的差异，可采用离子交换、电泳、等电聚焦等技术进行分离。,二、 生物药物分离、纯化、精制的基本原理,4. 根据配体特异，可采用亲和层析技术进行分离。,5. 根据物质吸附不同，可采用选择性吸附与吸附层析等技术进行分离。,三、生物药物与原材料,微生物发酵产物,细胞培养产物,动植物器官组织,昆虫细胞培养产物,4.,对于基因工程产品应注意生物安全问题，,即应防止菌体扩散，在密封环境下操作。,3.发酵或培养是分批操作，生物变异性大，各批发酵液不尽相同，因此分离应有一定的弹性。,2.待分离的生物药物一般稳定性差，加热、pH值、有机溶剂等可引起失活或分解，特别是蛋白质、核酸药物，应尽量减少分离操作步骤。,四、生物制药下游技术的特点,1.培养液（或发酵液）中所含欲分离的生物药物浓度很低，杂质含量却很高，常需多步分离操作。,第二节 生物药物的分离纯化原则,概 述,1. 抑制宿主细胞或分泌产物中相应的酶活性，防止其消化降解待提纯产物。,2. 发酵液或培养液中的非目标成分对人体常常是有害的，如外源蛋白和多肽可引起过敏反应，应尽量去除细胞或分泌产物中非目标产物成分，使目标产物成分有较高的纯度。,3. 注意每个生产环节的时效性，对每一步骤的质量应进行监控，以保证生物药物的安全、有效。,4.尽可能优化分离纯化工艺，减少分离步骤，降低生产成本。,4,第三节 生物药物的分离纯化,溶剂与试剂,pH,添加物,分离纯化前准备,三、 添加物,防止生物活性分子聚合、阻止药物与杂质结合、洗脱,加入防腐剂以防止微生物的生长,酶抑制剂,防腐剂,金属螯合剂,去垢剂,防止重金属离子对蛋白质的生物活性的损害,提取早期加入酶抑制剂,四、生化药物分离纯化前的准备,准备,原料的取用,除菌,质量检测与贮存,设备与器具,第四节 分离纯化的基本工艺流程,一、分离纯化的工艺流程与单元操作, Image information in product ,Note to customers : This image has been licensed to be used within this PowerPoint template only.,You may not extract the image for any other use.,纯化,成品加工,高度纯化,初步纯化,收集上清液或包涵体,细胞碎片分离,细胞破碎,胞外产物,细胞分离,预处理(加热、调PH、絮凝),发酵或培养,分离,第四节 分离纯化的基本工艺流程,一、分离纯化的工艺流程与单元操作, Image information in product ,Note to customers : This image has been licensed to be used within this PowerPoint template only.,You may not extract the image for any other use.,纯化,成品加工,高度纯化,初步纯化,收集待处理液,分离,破碎,预处理,脏器清理,分离,第四节 分离纯化的基本工艺流程,概 述,（一）预处理,预处理的目的是将目的成分从起始组织、器官或细胞等中释放出来，初步去除杂质，浓缩目的成分，利于提高分离效率。,发酵液或培养液通过调节pH、加入絮凝剂、加热等处理，降低溶液的粘度，使细胞或溶解的大分子凝结成较大的颗粒，再采用过滤、离心分离、沉降及倾析等去除固体杂质。,动物材料必须选择有效成份含量丰富的脏器组织为原材料，采用高速组织捣碎机或匀浆器进行绞碎，经脱脂等处理。对预处理好的材料，若不立即使用，应冷冻保存。,4,第四节 分离纯化的基本工艺流程,概 述,（二）细胞破碎与碎片处理,宿主细胞中属于非分泌型的药物成分必须在纯化以前先将细胞破碎，即破坏细胞壁和细胞膜，使胞内产物获得最大程度的释放。真菌、细菌具有细胞壁的结构破碎难度较大，动物细胞因不存在细胞壁结构较易破碎。细胞破碎的方法有机械、化学、物理、酶解和干燥等各种方法。化学破碎法有酸碱法、脂溶法及酶解法等，物理破碎法主要有渗透法、超声波法等。大规模生产中常采用高压匀浆机和高速球磨机等机械破碎法。,一般待提取的溶液里常存在大量的组织细胞碎片，需对碎片进行处理。主要采用过滤与离心除去碎片，采用双水相萃取法， 除去等密度的细胞碎片。,4,第四节 分离纯化的基本工艺流程,概 述,（三）可溶性杂质的去除,经细胞破碎与碎片处理的提取液中仍存在各种可溶性杂质，这些杂质主要是多肽与蛋白质类、脂类、多糖类、多酚类、核酸类、脂多糖、盐类及去垢剂等，需采用适宜的方法去除，否则将影响生物药物的分离纯化。,4,第四节 分离纯化的基本工艺流程,概 述,（四）萃取技术,1溶剂萃取,溶剂萃取是用一种溶剂将目的药物从另一种溶剂中提取出来的方法。当生物活性物质以不同的化学状态存在时，在水及与水不相容的溶液中有不同的溶解度。,例如青霉素在酸性条件下为游离酸，在醋酸丁酯中的溶解度较大，可从水相转移到醋酸丁酯相中；而青霉素在中性条件下成盐，在水中溶解度较大，能从醋酸丁酯转移到水相，这样反复萃取可达到浓缩和纯化的目的。,溶剂萃取法对热敏物质破环少，采用多级萃取时，溶质浓缩倍数和纯化度高，生产周期短，便于连续生产，但溶剂消耗较大，设备和安全要求较高。,4,第四节 分离纯化的基本工艺流程,概 述,（四）萃取技术,2双水相萃取,双水相萃取是利用一定条件下不同高聚物间在水溶液里表现出的“不相容性”，如高聚物-高聚物与高聚物-低分子物质形成互不混和的两相现象来分离生物大分子，适用于从细胞匀浆中提取胞内蛋白质分子。,4,第四节 分离纯化的基本工艺流程,概 述,（四）萃取技术,3超临界流体萃取,超临界流体是物质在某一温度与压力时，两相差别消失，合并成一相，具有良好的溶解特性和传质特性。超临界流体萃取是利用超临界流体的良好的溶解特性和传质特性，通过改变温度和压力改变萃取能力，达到选择性萃取某物质的目的。常用超临界流体萃取剂为二氧化碳，因其临界压力较低，操作较安全，且无毒，适用于萃取非极性物质。,4,第四节 分离纯化的基本工艺流程,概 述,（四）萃取技术,4沉淀分离法,沉淀法是采取适当的措施改变溶液的理化参数，控制溶液中各种成分的溶解度，从而将溶液中的目的药物成分和其他成分分开。,沉淀分离法通常是加入一些无机、有机物质，与生物药物形成不溶解的盐或复合物而从待提取液中沉淀出来。,典型的分级沉淀是在避开目标药物分子等电点的条件下，加入不同浓度的沉淀剂，将细胞碎片和其它大分子可溶性杂质沉淀出来，再调整上清液pH至目标药物分子等电点，将目标药物成分沉淀下来，去除上清液，沉淀可再进一步精制。,4,第四节 分离纯化的基本工艺流程,概 述,（四）萃取技术,5吸附分离法,吸附分离法是利用吸附剂与生物活性物质之间的分子引力而将生物活性物质吸附在吸附剂上，再用适当的洗脱剂洗脱下来。主要的吸附剂有活性炭、白土、氧化铝、各种离子交换树脂等。其中活性炭应用较多，但存在性能不稳定、选择性不高、可逆性较差、劳动强度较大、不能连续操作等缺点。,4,第四节 分离纯化的基本工艺流程,概 述,（四）萃取技术,6离子交换法,离子交换法是利用离子交换树脂和生物活性物质之间的化学亲和力，有选择性地吸附生物活性物质，然后以较少的洗脱剂将其洗脱，达到浓缩和提纯的目的。一般情况下，利用此法的生物活性物质应是极性化合物，即在溶液中能形成离子的化合物。如抗生素为碱性，可用酸性离子交换树脂提取，而抗生素为酸性时，则需选用碱性离子交换树脂提取。,4,第四节 分离纯化的基本工艺流程,概 述,（四）萃取技术,7膜分离法,膜分离法是利用一定截流分子量的超滤膜进行组分的分离或浓缩。适用分离浓缩分子量在1000300000、分子直径150nm范围的生物大分子。,膜分离法为纯物理截流和滤过作用，工艺条件温和，对生物大分子活性损伤小。根据目标药物分子量的不同，利用大于和小于目标药物分子量截流值的超滤器进行超滤，可除去两个截流值界限外的杂质分子，为层析或超速离心等的深加工打下基础。,膜分离法的主要缺点是浓差极化、膜的污染、寿命较短和通量低等。,4,二、分离纯化单元操作的特点,概 述,分离纯化单元操作是指对原料进行的以实现其各组分分离及纯化为目的一系列基本操作。,特点：1.各种技术相互交叉，新型的分离纯化方法不断涌现，如沉淀技术与亲和技术结合形成了亲和沉淀技术，超滤和亲和技术相结合形成了亲和超滤技术，萃取与载体膜结合形成了液膜载体萃取法等；2.注重新材料的研制，如膜分离介质，层析介质，亲和配基等的发展较为迅速；3.分离纯化设备推陈出新，发展迅速。,4,三、分离纯化方法选择,多种分离纯化方法交替使用,初步分离纯化方法的选择,多种分离纯化方法交替使用,初步分离纯化方法的选择,四、分离纯化方法步骤优劣的综合评价,分辨能力和重现性,回收率,纯化工艺的总成本,所得药物的重量与活性平衡,四、分离纯化方法步骤优劣的综合评价,