第二章-生化制药基本技术生化制药技术.ppt

第三章第三章 生物制药的基本生物制药的基本(jbn)技术技术Basic Technique For Biopharmacon第一页，共四十八页。第二章第二章 生物制药基本生物制药基本(jbn)技术技术生物制生物制药是把生物体内的具有生物活性的基本物是把生物体内的具有生物活性的基本物质，保持原来的保持原来的结构和功能构和功能，又能在含有多种物，又能在含有多种物质的液相或固相中的液相或固相中较高高纯度的分离出来度的分离出来。它是一。它是一项严格、格、细致、复致、复杂的工的工艺过程，涉及物理、化学、生物学、工程等方面的知程，涉及物理、化学、生物学、工程等方面的知识和操作技和操作技术。对于一个新研制的生物于一个新研制的生物药物，从物，从查阅文献开始，到探索文献开始，到探索实验、条件考察（条件考察（记录客客观）、）、总结制定工制定工艺规程、制定分析程、制定分析鉴定定方法，再方法，再进行行(jnxng)中中试放大，全面考察工放大，全面考察工艺是否成熟，是否是否成熟，是否稳定等。定等。问题：问题：1 1、标准化方法、标准化方法(fngf)(fngf)？2 2、如何发现或研制新药？、如何发现或研制新药？第二页，共四十八页。基本基本(jbn)制造方法制造方法1、提取法(Extraction)2、发酵法（Zymotechnics）3、化学合成（Chemical synthesize）4、组织培养法（Tissue culture）5、现代(xindi)生物技术(Modern Biotechnics):Gene engineering,Enzyme engineering,Cell engineering,protein Engineering,Fermentation engineering第三页，共四十八页。生化生化(shn hu)制药的六个阶段制药的六个阶段 1.原料的选择和预处理原料的选择和预处理 2.固液分离固液分离 3.提取提取：从原料中经溶剂分离有效成分，制成粗品的工：从原料中经溶剂分离有效成分，制成粗品的工 艺过程。艺过程。4.精制精制/纯化纯化：粗制品经盐析、有机溶剂沉淀、吸附、层析、透析、超：粗制品经盐析、有机溶剂沉淀、吸附、层析、透析、超离心离心、膜分离、结晶等步骤进行、膜分离、结晶等步骤进行(jnxng)精制的工艺精制的工艺 过程。过程。5.成品加工成品加工/浓缩、干燥及保存、制剂浓缩、干燥及保存、制剂：原料药（精制品）经精：原料药（精制品）经精细加工制成片剂、针剂、冻干剂、粉剂等供临床应用的各种剂型。细加工制成片剂、针剂、冻干剂、粉剂等供临床应用的各种剂型。第四页，共四十八页。一、原料一、原料(yunlio)选择和预处理选择和预处理（Raw Material Selecting and Pretreatment）原料选择的基本准则原料选择的基本准则：1、在大量的信息资料和实践经验的基础上，选择目标原料。、在大量的信息资料和实践经验的基础上，选择目标原料。2、选择有效成分含量高的新鲜材料；、选择有效成分含量高的新鲜材料；3、来源、来源(liyun)丰富易得；丰富易得；4、制造工艺简单易行；、制造工艺简单易行；5、成本比较低；、成本比较低；6、原料的采集不破坏生态环境、原料的采集不破坏生态环境,选择对环境友好的原材料资选择对环境友好的原材料资 源，防止生物入侵。源，防止生物入侵。第五页，共四十八页。预处理方法预处理方法：1 1、动物组织先要剔除结缔组织、脂肪组织等非活性部分、动物组织先要剔除结缔组织、脂肪组织等非活性部分(b fen)(b fen)；植物；植物种子去壳除脂；微生物要进行菌体与发酵液分离等基本操作。便种子去壳除脂；微生物要进行菌体与发酵液分离等基本操作。便于贮存和运输。于贮存和运输。2 2、冷冻法预处理：有些材料要冷冻保存或低温保存，以便抑制、冷冻法预处理：有些材料要冷冻保存或低温保存，以便抑制微生物和酶的作用。微生物和酶的作用。3 3、有机溶剂除去部分水分：用丙酮或乙醇进行脱水和脱脂，、有机溶剂除去部分水分：用丙酮或乙醇进行脱水和脱脂，有利于贮存。有利于贮存。第六页，共四十八页。原料的粉碎原料的粉碎：在提取前先将大在提取前先将大块的原料粉碎或的原料粉碎或绞碎成适度的碎成适度的粒度，或将粒度，或将细胞破碎，使胞内活性物胞破碎，使胞内活性物质充分充分释放到溶液中，有利于提取或吸附。放到溶液中，有利于提取或吸附。动物物脏器器组织：常用：常用绞肉机机械法粉碎；肉机机械法粉碎；植物肉植物肉质组织：常用磨碎法；：常用磨碎法；微生物：常用自溶、冷微生物：常用自溶、冷热交替、加砂研磨、交替、加砂研磨、超声、加超声、加压等等 处理理(chl)方法。方法。第七页，共四十八页。1.机械法机械法：组织捣碎机、匀碎机、匀浆器、研器、研钵、球磨机、万能粉碎机、球磨机、万能粉碎机、绞肉机、肉机、击碎碎机、刨片机。机、刨片机。动物物组织多在冰多在冰冻状状态绞碎、溶碎、溶浆。2.物理法物理法 A、反复反复冻融法融法：把待破碎的把待破碎的样品冷至品冷至-20-15，使，使 之凝固，然后之凝固，然后缓慢的溶解，如此反复操作，大部分慢的溶解，如此反复操作，大部分动物性物性细胞及胞及细胞内的胞内的颗粒可以破碎。粒可以破碎。B、冷冷热交替法交替法：将材料投入沸水中，在：将材料投入沸水中，在90左右左右维持数分持数分钟，立即置于冰浴中，使之迅速冷却，立即置于冰浴中，使之迅速冷却，绝大部分大部分细胞被破坏。此法多用于胞被破坏。此法多用于细菌或病毒中提取蛋白菌或病毒中提取蛋白(dnbi)和核酸。和核酸。第八页，共四十八页。C、超声波处理法超声波处理法：多用于微生物材料，处理的效果与多用于微生物材料，处理的效果与 样品浓度、使用频率有关。用大肠杆菌制备各种酶样品浓度、使用频率有关。用大肠杆菌制备各种酶 时，常用时，常用50100mg/L菌体浓度，在菌体浓度，在110KC频率下频率下 处理处理1015min。操作时注意避免溶液中气泡的存在。操作时注意避免溶液中气泡的存在。D、加压破碎法加压破碎法：加气压或水压，达：加气压或水压，达0.5934.32MPa (210350kgf/cm2)的压力的压力(yl)时，时，可使可使90%以上细胞被以上细胞被 压碎。多用于微生物酶制剂的工业制备。压碎。多用于微生物酶制剂的工业制备。第九页，共四十八页。3.3.生化及化学法生化及化学法：A.A.自溶法自溶法：将新鲜的生物材料存放在一定的：将新鲜的生物材料存放在一定的pHpH和适当温度下，和适当温度下，利用组织细胞中自身的酶系将细胞破坏，使细胞内含物释放出利用组织细胞中自身的酶系将细胞破坏，使细胞内含物释放出来的方法。自溶的温度，动物材料在来的方法。自溶的温度，动物材料在0-4 0-4，微生物在室温下。，微生物在室温下。自溶时，需加少量的防腐剂，甲苯、氯仿，以防止自溶时，需加少量的防腐剂，甲苯、氯仿，以防止(fngzh)(fngzh)外界细菌外界细菌的污染。的污染。*由于自溶时间较长，不易控制，故制造具有活性的核酸和蛋白由于自溶时间较长，不易控制，故制造具有活性的核酸和蛋白质时比较少用。质时比较少用。第十页，共四十八页。B.溶菌酶处理法溶菌酶处理法：溶菌酶是专一地破坏细菌细胞壁的酶。多用于微：溶菌酶是专一地破坏细菌细胞壁的酶。多用于微生物，对蜗牛生物，对蜗牛(wni)酶、纤维酶及植物细胞也适用。如用噬菌体感染酶、纤维酶及植物细胞也适用。如用噬菌体感染大肠杆菌细胞制造大肠杆菌细胞制造DNA时，采用时，采用pH8.0的的0.1mol/L Tris-0.01mol/L EDTA 制成制成 2 亿亿/ml的细胞悬液，然后加的细胞悬液，然后加 入入100g1mg的溶菌酶，在的溶菌酶，在37 C保温保温10min，细菌胞壁即被破坏。，细菌胞壁即被破坏。C.表面活性剂处理法表面活性剂处理法：表面活性剂的分子中，兼有亲脂性和亲：表面活性剂的分子中，兼有亲脂性和亲水性基团，能降低水的界面张力，具有乳化、分散、增溶作用。常水性基团，能降低水的界面张力，具有乳化、分散、增溶作用。常用有：用有：SDS、氯化十二烷基吡啶、去氧胆酸钠。、氯化十二烷基吡啶、去氧胆酸钠。第十一页，共四十八页。提取提取提取提取(tq)(tq)(tq)(tq)：也称抽提、萃取，就是利用一种溶剂对物质的不同溶解度，从也称抽提、萃取，就是利用一种溶剂对物质的不同溶解度，从化合物中分离出一种或几种组分的过程。分为固体处理（液化合物中分离出一种或几种组分的过程。分为固体处理（液固萃取）固萃取）和液体处理（液和液体处理（液液萃取）。液萃取）。提取条件的选择提取条件的选择：1 1、溶剂、溶剂:常用水、稀盐、稀酸、稀碱，有机溶剂如乙醇、丙酮、常用水、稀盐、稀酸、稀碱，有机溶剂如乙醇、丙酮、氯仿、四氯化碳、丁醇等。丁醇提取的氯仿、四氯化碳、丁醇等。丁醇提取的pHpH、温度范围较广、温度范围较广（pH3-6,-2-40pH3-6,-2-40）。适用于动植物和微生物原料。）。适用于动植物和微生物原料。2 2、pH:pH:与溶解度和稳定性有很大关系，一般选择在与溶解度和稳定性有很大关系，一般选择在 pI pI 的两的两侧。侧。三、提三、提 取取 Extraction第十二页，共四十八页。3 3、温度：一般在、温度：一般在5 5 以下，但对温度耐受力较大的药物，可适当的以下，但对温度耐受力较大的药物，可适当的提高温度，使杂蛋白变性分离，有利于提取和纯化。如胃蛋白酶、提高温度，使杂蛋白变性分离，有利于提取和纯化。如胃蛋白酶、酵母酵母(jiom)(jiom)醇脱氢酶及多肽激素类，选择醇脱氢酶及多肽激素类，选择37-50 37-50 提取，效果较好。提取，效果较好。影响提取的因素：影响提取的因素：1 1、被提取物质溶解度的大小：一般极性对极性；非极性对、被提取物质溶解度的大小：一般极性对极性；非极性对非极性；高温；远离等电点。非极性；高温；远离等电点。2 2、扩散作用的影响：、扩散作用的影响：3 3、分配作用的影响：分配定律、分配作用的影响：分配定律第十三页，共四十八页。四、分离四、分离(fnl)纯化纯化Separation and Purification1 1、盐析法、盐析法 利用不同的蛋白质在高浓度盐溶液中，溶解度不同程度的降利用不同的蛋白质在高浓度盐溶液中，溶解度不同程度的降低来进行分离纯化。在低盐浓度下，溶解度随着盐浓度升高而增低来进行分离纯化。在低盐浓度下，溶解度随着盐浓度升高而增加，称加，称盐溶作用盐溶作用；当盐浓度不断升高时，不同蛋白质的溶解度又以；当盐浓度不断升高时，不同蛋白质的溶解度又以不同程度下降并先后析出不同程度下降并先后析出(xch)(xch)沉淀，称沉淀，称盐析作用盐析作用。优点优点：设备和条件要求低，安全应用范围广泛。在高盐情况下，蛋：设备和条件要求低，安全应用范围广泛。在高盐情况下，蛋白质不易发生变化，一般在室温下操作。白质不易发生变化，一般在室温下操作。缺点：缺点：分级分离能力不高。分级分离能力不高。常用的中性盐常用的中性盐：硫酸铵、硫酸镁、硫酸钠、氯化钠、磷酸钠：硫酸铵、硫酸镁、硫酸钠、氯化钠、磷酸钠。第十四页，共四十八页。盐析时应注意的几个问题：盐析时应注意的几个问题：（1 1）盐饱和度盐饱和度：由于蛋白质的结构和性质不同，盐析要求：由于蛋白质的结构和性质不同，盐析要求(yoqi)(yoqi)的饱和度也不同。要按工艺要求的饱和度也不同。要按工艺要求(yoqi)(yoqi)，正确计算饱和度。，正确计算饱和度。（2 2）pH pH 值的选择值的选择：蛋白质在：蛋白质在pIpI时的溶解度最小。因此，进行时的溶解度最小。因此，进行盐析时的盐析时的pHpH，要选择在被分离蛋白质的，要选择在被分离蛋白质的pI pI 附近。附近。（3 3）蛋白质浓度蛋白质浓度：在相同条件下，蛋白质浓度越大越易沉淀，：在相同条件下，蛋白质浓度越大越易沉淀，使用盐的饱和度极限也愈低。蛋白质浓度愈高，其他蛋白质共使用盐的饱和度极限也愈低。蛋白质浓度愈高，其他蛋白质共沉作用也愈强，这是不希望的。选择适当的蛋白质浓度，可避沉作用也愈强，这是不希望的。选择适当的蛋白质浓度，可避免共沉的干扰。免共沉的干扰。第十五页，共四十八页。（4 4）温度温度：一般在室温下进行，浓盐对蛋白质有保护作用。但：一般在室温下进行，浓盐对蛋白质有保护作用。但对温度敏感的，要在低温下进行。对温度敏感的，要在低温下进行。常在常在0-4 0-4 范围内迅速操作。范围内迅速操作。如尿激酶。如尿激酶。（5 5）盐析沉淀物的）盐析沉淀物的脱盐脱盐：盐析的沉淀分离后，经脱盐才能获得纯：盐析的沉淀分离后，经脱盐才能获得纯品。最常用的脱盐方法是透析，时间一般较长，应常换透析液，注品。最常用的脱盐方法是透析，时间一般较长，应常换透析液，注意防止污染。意防止污染。2 2、有机溶剂沉淀法、有机溶剂沉淀法 利用不同蛋白质在不同浓度的有机溶剂中的溶解度差异而分离目的利用不同蛋白质在不同浓度的有机溶剂中的溶解度差异而分离目的蛋白质的方法。蛋白质的沉淀与溶解，与溶剂的介电常数有关。降低蛋白质的方法。蛋白质的沉淀与溶解，与溶剂的介电常数有关。降低溶液溶液(rngy)(rngy)的介电常数，使其溶解度变小，同时，还破坏蛋白质的水化的介电常数，使其溶解度变小，同时，还破坏蛋白质的水化膜而使蛋白质沉淀析出。膜而使蛋白质沉淀析出。第十六页，共四十八页。几种溶剂的介电常数几种溶剂的介电常数溶剂名称溶剂名称 20 时的介电常数时的介电常数 溶剂名称溶剂名称 20 时的介电常数时的介电常数 乙醚乙醚 4.33 甲醇甲醇 33 丙酮丙酮 21.4 水水 80 乙醇乙醇 24 2.5mol/L甘氨酸水溶液甘氨酸水溶液 137经验经验：如：如30-40%乙醇沉淀的物质，改用丙酮时，其体积分数可减少乙醇沉淀的物质，改用丙酮时，其体积分数可减少10%左右。即可用左右。即可用 20-30%的丙酮；的丙酮；而而70-80%乙醇沉淀的物质，可用乙醇沉淀的物质，可用50-60%的丙酮即可。的丙酮即可。注：水有较高的介电常数，具有很好的溶剂性能，是一种广谱溶剂。有机溶剂法比注：水有较高的介电常数，具有很好的溶剂性能，是一种广谱溶剂。有机溶剂法比(f b)盐析法分盐析法分辨力强，沉淀也好过滤，易干燥，但对有些生物活性物质能引起失活和变性。应用时还要注意挥发辨力强，沉淀也好过滤，易干燥，但对有些生物活性物质能引起失活和变性。应用时还要注意挥发和火灾等。和火灾等。第十七页，共四十八页。有机沉淀法应注意有机沉淀法应注意(zh y)的问题的问题 （1 1）控制工艺过程的温度控制工艺过程的温度(wnd)(wnd)：整个操作过程应在低温下进：整个操作过程应在低温下进行，而且最好是同一温度。行，而且最好是同一温度。（2 2）防止溶剂局部浓度过高防止溶剂局部浓度过高：加入有机溶剂时搅拌要均匀，速：加入有机溶剂时搅拌要均匀，速度要适当，避免局部浓度过高，引起沉淀物的破坏、变性或失活。度要适当，避免局部浓度过高，引起沉淀物的破坏、变性或失活。（3 3）及时处理沉淀物及时处理沉淀物：沉淀物经过滤或离心后，要立即用水：沉淀物经过滤或离心后，要立即用水或缓冲液溶解，降低有机溶剂的浓度。或缓冲液溶解，降低有机溶剂的浓度。（4 4）pHpH的选择的选择：在待沉淀蛋白质的：在待沉淀蛋白质的pIpI附近。附近。（5 5）有机溶剂是酶和蛋白质的）有机溶剂是酶和蛋白质的变性因素变性因素，尤其是对敏感酶类。，尤其是对敏感酶类。第十八页，共四十八页。3 3、等电点沉淀法、等电点沉淀法 利用蛋白质在等电点时的溶解度最低，而各种蛋白质又具有不同的利用蛋白质在等电点时的溶解度最低，而各种蛋白质又具有不同的等电点的特性进行分离的工艺过程。等电点的特性进行分离的工艺过程。由于各种蛋白质在等电点时，仍有一定的溶解度而沉淀不完由于各种蛋白质在等电点时，仍有一定的溶解度而沉淀不完全，多数蛋白质的等电点又都十分接近，所以单独使用效果不理全，多数蛋白质的等电点又都十分接近，所以单独使用效果不理想，分辨力差，多用于提取后除杂蛋白。实际生产中常与有机溶想，分辨力差，多用于提取后除杂蛋白。实际生产中常与有机溶剂沉淀法、盐析剂沉淀法、盐析(yn x)(yn x)法联合使用。法联合使用。第十九页，共四十八页。4 4、膜分离法、膜分离法 膜分离技术包括：膜分离技术包括：超滤、反渗透析、电渗析、微孔过滤、气超滤、反渗透析、电渗析、微孔过滤、气体渗析和超精密过滤。体渗析和超精密过滤。（1 1）超滤：根据溶质分子和悬浮粒子是否通过多孔膜来进行）超滤：根据溶质分子和悬浮粒子是否通过多孔膜来进行筛分。在液压的驱动下，能通过超滤膜的分离粒子的范围，一般筛分。在液压的驱动下，能通过超滤膜的分离粒子的范围，一般(ybn)(ybn)在在0.0010.01m0.0010.01m。即利用一种特制的膜对溶液中的各种溶质分。即利用一种特制的膜对溶液中的各种溶质分子进行选择性过滤。子进行选择性过滤。优点优点：成本低、操作方便、条件温和、能较好地保持药物活性、：成本低、操作方便、条件温和、能较好地保持药物活性、回收率高。适用于酶和蛋白质药物的分离、浓缩、脱盐、提纯、回收率高。适用于酶和蛋白质药物的分离、浓缩、脱盐、提纯、除菌、除病毒和热原。除菌、除病毒和热原。第二十页，共四十八页。（2 2）反渗透：以高分子透过性薄膜为分离介质，在超过溶液渗透压力的情）反渗透：以高分子透过性薄膜为分离介质，在超过溶液渗透压力的情况下，使溶液中的溶剂透过薄膜，同时使溶质和不溶物阻截在膜前。这一过况下，使溶液中的溶剂透过薄膜，同时使溶质和不溶物阻截在膜前。这一过程类似于渗透程类似于渗透,但方向相反，即溶剂从高浓度一侧传递到浓度低的一但方向相反，即溶剂从高浓度一侧传递到浓度低的一侧，故称反渗透。侧，故称反渗透。特点特点：能耗少，体积小，适应大规模生产。：能耗少，体积小，适应大规模生产。（3 3）微孔滤膜：由高分子材料制成的薄膜过滤介质，可以过滤一般）微孔滤膜：由高分子材料制成的薄膜过滤介质，可以过滤一般(ybn)(ybn)介质不能截留的细菌和微粒。膜的孔径在介质不能截留的细菌和微粒。膜的孔径在0.2-10 m0.2-10 m。（4 4）超精密过滤：以聚乙烯醇为主体的中空多孔滤膜，分级性能在超滤膜）超精密过滤：以聚乙烯醇为主体的中空多孔滤膜，分级性能在超滤膜与微孔滤膜之间。为与微孔滤膜之间。为0.010.2 m0.010.2 m。用于水的精制、循环水的净化、除。用于水的精制、循环水的净化、除悬浮固体粒子以及糖液、酶液的精制。悬浮固体粒子以及糖液、酶液的精制。第二十一页，共四十八页。5 5、离子交换层析、离子交换层析 采用不溶性高分子化合物作为离子交换剂，分离纯化各种生化物质。采用不溶性高分子化合物作为离子交换剂，分离纯化各种生化物质。基本原理基本原理：离子：离子(lz)(lz)交换树脂在水中能溶胀，溶胀后，其分子交换树脂在水中能溶胀，溶胀后，其分子中的极性基团（活性基团），具有可扩散的离子中的极性基团（活性基团），具有可扩散的离子(lz)(lz)，能与溶，能与溶液中的离子液中的离子(lz)(lz)起交换作用；非极性基团作为树脂的骨架，使起交换作用；非极性基团作为树脂的骨架，使树脂不溶于水并具有网状结构，为离子树脂不溶于水并具有网状结构，为离子(lz)(lz)交换的进行及溶液交换的进行及溶液和树脂的分离创造了条件。离子和树脂的分离创造了条件。离子(lz)(lz)交换层析包括吸附、吸收、交换层析包括吸附、吸收、穿透、扩散、离子穿透、扩散、离子(lz)(lz)交换、离子交换、离子(lz)(lz)亲和力等物理化学过程。亲和力等物理化学过程。第二十二页，共四十八页。树脂树脂(shzh)(shzh)种类和理化性能：种类和理化性能：（1 1）强酸性阳离子交换树脂：功能团为磺酸基，）强酸性阳离子交换树脂：功能团为磺酸基，pHpH一般没有限一般没有限制。制。（2 2）弱酸性阳离子交换树脂：功能团为羧基、酚基。在酸性溶液）弱酸性阳离子交换树脂：功能团为羧基、酚基。在酸性溶液中不发生交换，中不发生交换，pHpH愈大交换能力愈强。愈大交换能力愈强。（3 3）强碱性阴离子交换树脂：功能团为三甲基季胺基团。）强碱性阴离子交换树脂：功能团为三甲基季胺基团。pHpH没有限制。没有限制。（4 4）弱酸性阴离子交换树脂：功能团为伯胺基、仲胺基、）弱酸性阴离子交换树脂：功能团为伯胺基、仲胺基、叔胺基。叔胺基。pHpH愈低交换能力愈大。愈低交换能力愈大。第二十三页，共四十八页。影响交换速度的因素：影响交换速度的因素：（1 1）树脂颗粒的大小：颗粒小，表面积大，能促进内部和）树脂颗粒的大小：颗粒小，表面积大，能促进内部和外部扩散。外部扩散。（2 2）搅拌和流速：加快搅拌速度或加大液体流速，都能减少）搅拌和流速：加快搅拌速度或加大液体流速，都能减少树脂外液膜的厚度，从而使液相扩散速度增加。树脂外液膜的厚度，从而使液相扩散速度增加。（3 3）离子浓度：交换速度随离子浓度的上升而增加，达到）离子浓度：交换速度随离子浓度的上升而增加，达到(d(d do)do)一定浓度后交换速度不在升高。一定浓度后交换速度不在升高。（4 4）离子的水化半径：水化半径小的易被吸附。）离子的水化半径：水化半径小的易被吸附。（5 5）树脂酸碱性的强弱和溶液的）树脂酸碱性的强弱和溶液的pHpH：第二十四页，共四十八页。（6 6）交联度大小：交联度愈小，树脂愈易膨胀，交换速度愈快。但）交联度大小：交联度愈小，树脂愈易膨胀，交换速度愈快。但交联度小的树脂选择性较差。交联度小的树脂选择性较差。（7 7）有机溶剂的影响：当有有机溶剂存在时，会降低树脂对）有机溶剂的影响：当有有机溶剂存在时，会降低树脂对有机离子的选择性，而容易吸附无机离子。有机离子的选择性，而容易吸附无机离子。6 6、凝胶层析、凝胶层析 指化合物随流动相流经装有凝胶的固定相的层析柱时，因其指化合物随流动相流经装有凝胶的固定相的层析柱时，因其各种物质分子大小不同而被分离的技术。又称凝胶过滤、凝胶各种物质分子大小不同而被分离的技术。又称凝胶过滤、凝胶渗透过滤、分子筛过滤、阻滞扩散层析、排阻层析。渗透过滤、分子筛过滤、阻滞扩散层析、排阻层析。优点：设备简单，操作方便，分离效果好，回收率高，分离优点：设备简单，操作方便，分离效果好，回收率高，分离条件缓和，不使活性物质失活变性条件缓和，不使活性物质失活变性(binxng)(binxng)，凝胶可重复使用，凝胶可重复使用，无需再生处理。无需再生处理。第二十五页，共四十八页。缺点：分离速度慢。缺点：分离速度慢。广泛用于分离氨基酸、多肽、蛋白质、酶及多糖等药物。广泛用于分离氨基酸、多肽、蛋白质、酶及多糖等药物。几种常用的凝胶：几种常用的凝胶：（1 1）葡聚糖凝胶：基本骨架是）葡聚糖凝胶：基本骨架是1-61-6糖苷键。由葡聚糖和甘油以糖苷键。由葡聚糖和甘油以醚桥形式交联而成的网状结构。最著名的商品为醚桥形式交联而成的网状结构。最著名的商品为SephadexSephadex葡聚葡聚糖凝胶，珠状颗粒物，化学性质稳定，不溶于水、弱酸、碱和糖凝胶，珠状颗粒物，化学性质稳定，不溶于水、弱酸、碱和盐溶液。低温时，在盐溶液。低温时，在0.1mol/L 0.1mol/L 盐酸中保持盐酸中保持1-2h1-2h不改变性质；室不改变性质；室温时，在温时，在 0.01mol/L 0.01mol/L 盐酸中放置半年也不改变；在盐酸中放置半年也不改变；在0.25mol/L0.25mol/L的的 氢氧化钠氢氧化钠(qn yn hu n)(qn yn hu n)中，中，6060 两个月没有发改变。可在两个月没有发改变。可在120120 加热加热 30min 30min 灭菌而不破坏，但高于灭菌而不破坏，但高于 120120 即变黄。湿状贮存易发即变黄。湿状贮存易发霉，若长期不用，需加防腐剂。霉，若长期不用，需加防腐剂。第二十六页，共四十八页。（2 2）聚丙烯酰胺凝胶：由碳）聚丙烯酰胺凝胶：由碳-碳骨架构成。完全为惰性。稳定性碳骨架构成。完全为惰性。稳定性比葡聚糖凝胶好，洗脱时不会有凝胶物质下来。比葡聚糖凝胶好，洗脱时不会有凝胶物质下来。缺点：不耐酸。遇酸时酰胺键会水解为羧基，使凝胶带有一定的离缺点：不耐酸。遇酸时酰胺键会水解为羧基，使凝胶带有一定的离子交换基团子交换基团(j tun)(j tun)。（3 3）琼脂糖凝胶：天然凝胶，不是共价交联，是以氢键）琼脂糖凝胶：天然凝胶，不是共价交联，是以氢键交联。空隙度以契纸糖的浓度来改变，化学稳定性不如葡聚交联。空隙度以契纸糖的浓度来改变，化学稳定性不如葡聚糖凝胶。没有干凝胶，必须在溶胀状态保存，遇脱水剂、冷糖凝胶。没有干凝胶，必须在溶胀状态保存，遇脱水剂、冷冻和一些有机溶剂即破坏，丙酮和乙醇对它无影响。在冻和一些有机溶剂即破坏，丙酮和乙醇对它无影响。在pH pH 4.5-9,4.5-9,温度温度0-40 0-40 稳定。对硼酸有吸附，不能用硼酸缓冲液。他能稳定。对硼酸有吸附，不能用硼酸缓冲液。他能分离及万到几千万相对分子质量的物质，弥补了葡聚糖和聚丙烯酰胺分离及万到几千万相对分子质量的物质，弥补了葡聚糖和聚丙烯酰胺凝胶的不足。凝胶的不足。瑞典商品名瑞典商品名SepharoseSepharose，美国称生物凝胶，美国称生物凝胶AA（Bio-Gel-ABio-Gel-A）,英英国称国称Sagavac.Sagavac.第二十七页，共四十八页。(4)4)疏水性凝胶：疏水性凝胶：常用的为聚甲基丙烯酸酯（Polymethacrylate）凝胶、聚苯乙烯凝胶（如Styrogel,Bio-Beads-S）7 7、亲和层析、亲和层析 生物活性物质都有亲和作用，如酶与底物、激素与受体、生物活性物质都有亲和作用，如酶与底物、激素与受体、核酸的互补链间，多糖与蛋白质复合体。核酸的互补链间，多糖与蛋白质复合体。亲和层析是利用生物亲和层析是利用生物大分子的特异亲和力而设计的层析技术。大分子的特异亲和力而设计的层析技术。可逆结合的特异性物可逆结合的特异性物质称为质称为配基配基，与配基结合的层析介质称为，与配基结合的层析介质称为载体载体。亲和层析亲和层析能从粗提液中，通过一次简便处理能从粗提液中，通过一次简便处理(chl)(chl)，便可得到高纯度的活性物，便可得到高纯度的活性物质，既可分离一些生物材料中含量极微的物质，又能分离一些性质质，既可分离一些生物材料中含量极微的物质，又能分离一些性质十分相似的物质。十分相似的物质。第二十八页，共四十八页。优点优点：设备要求不高，操作简便，适用范围广，特异性强，分：设备要求不高，操作简便，适用范围广，特异性强，分离速度快，效果好，条件温和。离速度快，效果好，条件温和。缺点缺点：通用性较差，洗脱条件要求苛刻。：通用性较差，洗脱条件要求苛刻。几种常用的载体几种常用的载体：（1 1）纤维素：自然界中数量最大的大分子生物材料，取材十分方）纤维素：自然界中数量最大的大分子生物材料，取材十分方便。但由于其结构紧密、均一性差，不利于大分子的渗入。活化后便。但由于其结构紧密、均一性差，不利于大分子的渗入。活化后常带有电荷，非特异性吸附较强，加上空间位阻等原因，其应用不常带有电荷，非特异性吸附较强，加上空间位阻等原因，其应用不如凝胶载体广泛。目前主要用于分离与核酸有关的物质。如用寡聚如凝胶载体广泛。目前主要用于分离与核酸有关的物质。如用寡聚脱氧胸腺核苷酸纤维素作固定相分离细胞脱氧胸腺核苷酸纤维素作固定相分离细胞(xbo)(xbo)提取液中的提取液中的mRNA.mRNA.市售商品有市售商品有：无定型微纤维、微晶纤维素、珠状纤维素。：无定型微纤维、微晶纤维素、珠状纤维素。第二十九页，共四十八页。（2）琼脂糖凝胶：用于亲和层析的主要为交联珠状凝胶。其琼脂糖的质量浓度为20g/L(2%)、40g/L(4%)、60g/L(6%)几种，相应的商品称为Sepharose 2B、4B、6B(Pharmacia)和Ultrogels A-2,A-4,A-6)。这类载体能使吸附物质保持活性，能迅速活化并接上各种功能基团，结构疏松孔径大，流速快。（3）葡聚糖凝胶：与琼脂糖凝胶相比孔径太小，特别是经配基偶联后，凝胶膨胀(png zhng)度会进一步边小，所以应用受到限制。（4）聚丙烯酰胺凝胶：碳-碳骨架，有丙烯酰胺和甲叉双丙烯酰胺聚合而成，具有网状三维空间结构。商品名为Biogel P。注意避免接触强氧化剂，配基偶联后会使它的网格缩小，在一定程度上限制了它的应用。第三十页，共四十八页。（5）多孔玻璃珠：化学和物理稳定性好，机械强度高，不但能抵御酶及微生物的作用，还能耐受高温灭菌和较剧烈的反应条件。缺点：亲水性不强，对蛋白质尤其是碱性蛋白质有非特异性吸附，而且可供连接的化学活性基团也少。改良(giling)方法：为了克服其缺点，市售Bio-Glass的商品都已事先连接了氨烷基（烷基胺）。用葡聚糖包被玻璃珠，则可改善其亲水性，并增加化学活性基团。用抗原涂布的玻璃珠已成功地分离了免疫淋巴细胞，在DNA连接的玻璃珠上纯化了大肠杆菌的DNA和RNA聚合酶。第三十一页，共四十八页。（6 6）其他载体：）其他载体：由聚丙烯酰胺和琼脂糖混合组成的载体，商品名为Ultrogels ACA。它的特点是载体上既有羟基又有酰胺基，并且都能与配基单独作用。但不能接触强碱，以免酰胺水解(shuji)，使用温度不超过40C。在丙烯酰胺和琼脂糖的混合胶中加入7%的四氧化三铁，则可制得一种称为磁性胶（Magnogels ACA44）的载体。当悬浮液中含有不均匀粒子时，依靠磁性能将载体与其他粒子分离。磁性胶载体常用于酶的免疫测定、荧光免疫测定、放射免疫测定、免疫吸收剂和细胞分离等的微量测定和制备。第三十二页，共四十八页。影响吸附影响吸附亲和力的几个因素和力的几个因素：（1）配基）配基浓度；度；（2）空）空间(kngjin)障碍；障碍；（3）配基与）配基与载体的体的结合位点；合位点；（4）载体的孔径；体的孔径；（5）微）微环境（化学因素）。境（化学因素）。第三十三页，共四十八页。Concentration 浓缩浓缩(nn su)浓缩：低浓度溶液通过除去熔剂边为高浓度溶液的过程。常在提浓缩：低浓度溶液通过除去熔剂边为高浓度溶液的过程。常在提取后和结晶前进行，有时也贯穿与整个制药过程。取后和结晶前进行，有时也贯穿与整个制药过程。蒸发装置的设计原理：加热、扩大液体表面积、低压。蒸发装置的设计原理：加热、扩大液体表面积、低压。薄膜蒸发浓缩薄膜蒸发浓缩Film evaporation concentration Film evaporation concentration 卧式喷淋降膜蒸发卧式喷淋降膜蒸发器、器、RoseRose蒸发器、板式蒸发器、板式(bnsh)(bnsh)蒸发器蒸发器减压蒸发浓缩减压蒸发浓缩Decompression evaporation concentration Decompression evaporation concentration 减压抽真空（真空浓缩），适用不耐热的药物和制品。减压抽真空（真空浓缩），适用不耐热的药物和制品。第三十四页，共四十八页。吸收浓缩吸收浓缩Absorbing concentration 通过吸收剂直接吸收除去溶液(rngy)中的溶剂分子使溶液(rngy)浓缩的方法。吸收剂与溶液(rngy)不起化学反应，对生化药物不起吸附作用，易与溶液(rngy)分开。吸附剂除去溶剂后可重复使用。常用的吸收剂常用的吸收剂：聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、蔗糖、凝胶。凝胶可直接投入待浓缩的溶液中，溶剂和小分子被吸收到凝胶内，大分子留在溶液中，然后离心过滤。使用聚乙二醇时，先将溶液装入半透膜的袋内，扎紧袋口，外加聚乙二醇覆盖，袋内溶剂渗出即被聚乙二醇吸去。第三十五页，共四十八页。Crystallization 结晶结晶(jijng)结晶结晶：利用某些药物具有形成晶体的性质是目标药物（溶质）呈晶态从溶液中析出的过程。结晶的条件结晶的条件：（1）纯度purity：各种物质在溶液中均需达到一定的纯度才能析出结晶。蛋白质和酶，纯度不低于50%。总趋势是越纯越易结晶，但已结晶的制品不表示(biosh)达到了绝对的纯化，只能说到了相当纯的程度。有时纯度不高，但加入有机溶剂和制成盐，也能达到结晶。第三十六页，共四十八页。（2）浓度consideration：结晶液的浓度要较高，以利于分子间的碰撞聚合。但浓度过高，相应杂质和溶液黏度增大，反而不利于结晶，或生成纯度较差的粉末结晶。（3）pH：选择(xunz)pH在pI附近，有利于晶体析出。（4）温度 temperature：通常在低温条件进行，活性物质不易变性，又可避免细菌繁殖。（5）时间Time：结晶的生成和生长需要时间。但生物药物要求在几小时内完成，时间不宜过长。（6）晶种 Crystal seed：不易结晶的药物常加晶种。第三十七页，共四十八页。干干 燥燥 Desiccation干燥干燥：是从湿的固体生物药物中，除去水分或溶剂而获得相对或绝对干燥制品的工艺(gngy)过程。它也是一种蒸发，但不同于浓缩。通常包括原料药的干燥和制成的临床制剂的干燥。（1）常压干燥 Normal press desiccation：通风与加热结合。成本低干燥量大。但时间长，易污染。（2）减压干燥 Decompression desiccation：利用专用设备减压加速，使溶剂迅速蒸发。时间短，温度低。制药常用方法。第三十八页，共四十八页。（3）喷雾干燥 Spray desiccation：将液体(yt)通过喷射装置喷成雾滴后，在一定流速的热气流中，迅速蒸发干燥的方法。从理论推算：每升液体，如果喷成10m直径的雾滴，约有1.91*1012多个，表面积有600m2。实验表明：把含水量为80%的1L溶液，喷成直径约10-60 m雾滴，当与热空气接触时，仅3-5s可使雾滴水分气化而得到干燥产品。优点优点：快速高效，可在无菌条件下操作，应用广泛。缺点缺点：热利用率不高，设备费用投资大。第三十九页，共四十八页。（4）冷冻干燥Freezing desiccation：在低温（-60-10 ）及高真空6.67-40Pa（0.05-0.3mmHg）下，将物料与溶液中的水分直接升华的干燥方法。适用于高度热敏的生物药物。制剂应具有(jyu)多孔性、疏松、易溶的特点，一般含水量在1%-3%。设备投资及维护费用高，生产能力不大。改进的干燥设备改进的干燥设备 环型喷射干燥器 振动流动干燥器 涡流干燥器第四十页，共四十八页。Sterilization 灭菌(mi jn)灭菌灭菌：指杀灭或除去一切微生物的操作技术。干热干热(n r)(n r)空气灭菌空气灭菌：通常在烘箱里利用热空气杀灭微生物，在100，1h可杀死繁殖的细菌。但某些细菌在一定情况下可以变成芽孢，有较强的耐热力，一般需160-170 灭菌1h以上或140 灭菌3h以上。灭菌的时间应自全部进行灭菌的物品达到灭菌温度时算起。待灭菌物品的温度常落后于烘箱室的温度，特别是导热性能差或装量大的待灭菌物品。要确保灭菌完全，应测定温度延后时间，将延后的时间考虑到规定的灭菌时间内。第四十一页，共四十八页。湿热灭菌湿热灭菌：常压灭菌常压灭菌，即在常压下用100 流通(litng)蒸汽或在水内煮沸来杀灭细菌。减压灭菌减压灭菌：在热压灭菌器中，用超过101.325kPa的饱和蒸汽杀灭细菌。热压灭菌所需温度、相对压力和时间热压灭菌所需温度、相对压力和时间：115.5 115.5 1.7 kgf/cm2 (1.7 kgf/cm2 (表压表压 0.7 kgf/cm2 0.7 kgf/cm2）30min30min 121.5 121.5 2.0 kgf/cm2 (2.0 kgf/cm2 (表压表压 1.0 kgf/cm2 1.0 kgf/cm2）20min20min 126.5 126.5 2.4 kgf/cm2 (2.4 kgf/cm2 (表压表压 1.4 kgf/cm2