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1、第三章第三章 生物制药的基本技术生物制药的基本技术Chapter 3 Basic Technique For Biopharmacon1第三章第三章 生物制药基本技术生物制药基本技术 生物制药生物制药是把生物体内的具有生物活性的基本物质，是把生物体内的具有生物活性的基本物质，保持原来的结构和功能保持原来的结构和功能，又能在含有多种物质的，又能在含有多种物质的液相液相或固相中较高纯度或固相中较高纯度的分离出来。它是一项严格、细致、的分离出来。它是一项严格、细致、复杂的工艺过程，涉及物理、化学、生物学、工程等复杂的工艺过程，涉及物理、化学、生物学、工程等方面的知识和操作技术。方面的知识和操作技术。
2、 问题：问题：1、标准化方法？、标准化方法？ 2、如何发现或研制新药？、如何发现或研制新药？ 对于一个新研制的生物药物，从查阅文献开始，到探索实对于一个新研制的生物药物，从查阅文献开始，到探索实验、条件考察（记录客观）、总结制定工艺规程、制定分析鉴验、条件考察（记录客观）、总结制定工艺规程、制定分析鉴定方法，再进行中试放大，全面考察工艺是否成熟，是否稳定定方法，再进行中试放大，全面考察工艺是否成熟，是否稳定等。等。21、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
3、代生物技术(Modern Biotechnics): Gene engineering, Enzyme engineering, Cell engineering , protein Engineering, Fermentation engineering 基基本本制制造造方方法法第三章第三章 生物制药基本技术生物制药基本技术3生化制药的六个阶段生化制药的六个阶段 1. 原料的选择和预处理原料的选择和预处理 2. 原料的粉碎原料的粉碎 3. 提取：从原料中经溶剂分离有效成分，制成粗品的工提取：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. 纯化：粗制品经盐析、有机溶剂沉淀、
4、吸附、层析、纯化：粗制品经盐析、有机溶剂沉淀、吸附、层析、 透析、超离心透析、超离心 、膜分离、结晶等步骤进行精制的工艺、膜分离、结晶等步骤进行精制的工艺 过程。过程。 5. 浓缩、干燥及保存浓缩、干燥及保存 6. 制剂：原料药（精制品）经精细加工制成片剂、针制剂：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。剂、冻干剂、粉剂等供临床应用的各种剂型。第三章第三章 生物制药基本技术生物制药基本技术4 一一. Raw Material Selecting and Pretreatment 原料选择和预处理原料选择和预处理原料选择的基本准则原料选择的基本准则：1、在
5、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、来源丰富易得；、来源丰富易得；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。5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；植物种子去壳除脂；微生物要进行菌体与发酵液分离等植物种
6、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。基本操作。便于贮存和运输。2 2、冷冻法预处理：有些材料要冷冻保存或低温保存，以便、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。抑制微生物和酶的作用。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。6二、原料的粉碎Comminution of Raw Material原料的粉碎原料的粉碎：在提取前先将大块的原料粉碎或绞碎成适度的粒在提取前先将大块的原料粉碎或绞碎成适度的粒度，或将细胞破碎，使胞内活性物质充分释放到溶液
7、中，度，或将细胞破碎，使胞内活性物质充分释放到溶液中，有利于提取或吸附。有利于提取或吸附。 动物脏器组织：常用绞肉机机械法粉碎；动物脏器组织：常用绞肉机机械法粉碎； 植物肉质组织：常用磨碎法；植物肉质组织：常用磨碎法； 微生物：常用自溶、冷热交替、加砂研磨、超声、加压等微生物：常用自溶、冷热交替、加砂研磨、超声、加压等 处理方法。处理方法。 71.1.机械法机械法：组织捣碎机、匀浆器、研钵、球磨机、万能粉碎机、组织捣碎机、匀浆器、研钵、球磨机、万能粉碎机、绞肉机、击碎机、刨片机。绞肉机、击碎机、刨片机。 动物组织多在冰冻状态绞碎、溶浆。动物组织多在冰冻状态绞碎、溶浆。2.2.物理法物理法 A
8、A、反复冻融法、反复冻融法：把待破碎的样品冷至把待破碎的样品冷至-20-15-20-15 ，使，使 之凝固，然后缓慢的溶解，如此反复操作，大部分动物性之凝固，然后缓慢的溶解，如此反复操作，大部分动物性 细胞及细胞内的颗粒可以破碎。细胞及细胞内的颗粒可以破碎。 B B、冷热交替法：将材料投入沸水中，在、冷热交替法：将材料投入沸水中，在9090左右维持数左右维持数 分钟，立即置于冰浴中，使之迅速冷却，绝大部分细胞分钟，立即置于冰浴中，使之迅速冷却，绝大部分细胞 被破坏。此法多用于细菌或病毒中提取蛋白和核酸。被破坏。此法多用于细菌或病毒中提取蛋白和核酸。 8 C、超声波处理法超声波处理法：多用于微生
9、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、使用频率有样品浓度、使用频率有 关。用大肠杆菌制备各种酶关。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：加气压或水压，达、加压破碎法：加气压或水压，达0.5934.32MPa (210350kgf/cm2)的压力时，的压力时， 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。93. 3. 生化及化学法生化及化学
10、法： A. A. 自溶法：将新鲜的生物材料存放在一定的自溶法：将新鲜的生物材料存放在一定的pHpH和和适当温度下，利用组织细胞中自身的酶系将细胞破适当温度下，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来的方法。自溶的温度，坏，使细胞内含物释放出来的方法。自溶的温度，动物材料在动物材料在0-40-4 ，微生物在室温下。自溶时，需，微生物在室温下。自溶时，需加少量的防腐剂，甲苯、氯仿，以防止外界细菌的加少量的防腐剂，甲苯、氯仿，以防止外界细菌的污染。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质由于自溶时间较长，不易控制，故制造具有活性的核酸和蛋白质时比较少用
11、。时比较少用。 10B. 溶菌酶处理法：溶菌酶是专一地破坏细菌细胞壁的酶。溶菌酶处理法：溶菌酶是专一地破坏细菌细胞壁的酶。多用于微生物，对蜗牛酶、纤维酶及植物细胞也适用。如多用于微生物，对蜗牛酶、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用噬菌体感染大肠杆菌细胞制造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，的细胞悬液，然后加然后加 入入100g1mg的溶菌酶，在的溶菌酶，在37 C保温保温10min，细，细菌胞壁即被破坏。菌胞壁即被破坏。 C. 表面活性剂处理法：表面活性剂的分子中，兼有亲脂表面
12、活性剂处理法：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、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。常用有：增溶作用。常用有：SDS、氯化十二烷基吡啶、去氧胆酸、氯化十二烷基吡啶、去氧胆酸钠。钠。11 三、提三、提 取取 Extraction提取：提取：也称抽提、萃取，就是利用一种溶剂对物质的不同溶也称抽提、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（液体处理（液固萃取）和液体处理（液固萃取）和液体处理（液液萃取）。液萃取）。提取条件的选择
13、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、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。丁醇提取的丙酮、氯仿、四氯化碳、丁醇等。丁醇提取的pHpH、温度范、温度范围较广（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 的两侧。的两侧。 123 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，可以下，但对温度耐受力较大的药
14、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、酵母醇脱氢酶及多肽激素类，选择胃蛋白酶、酵母醇脱氢酶及多肽激素类，选择37-50 37-50 提取，提取，效果较好。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、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；酸对碱；碱对酸；高温；远离等电点。对非极性；酸对碱；碱对酸；高温；远离等电点。 2 2、扩散作用的影响：扩散方程式、扩散作用的影响：扩散方程式 G=DF*C/X*t G=DF*C/X*t 3 3、分配作用
15、的影响：分配定律、分配作用的影响：分配定律 (C1/C2) (C1/C2)恒温、恒压恒温、恒压=K=K13四、分离纯化四、分离纯化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加，称盐溶作用；当盐浓度不断升高时，不同蛋白升高而增加，称盐溶作用；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沉淀，称盐析作用。质的溶解度又以不同程度下降并先后析
16、出沉淀，称盐析作用。 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，：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。蛋白质不易发生变化，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。 14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：由于蛋白质的结构和性质不同，盐析要）盐饱和度：由于蛋白质的结构和性质不同，盐析要求的饱和度也不同。要按工艺要求，正确计算饱和度。求的饱和度也不同。要按工艺要
17、求，正确计算饱和度。 （2 2）pH pH 值的选择：蛋白质在值的选择：蛋白质在pIpI时的溶解度最小。因此，时的溶解度最小。因此，进行盐析时的进行盐析时的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：在相同条件下，蛋白质浓度越大越易）蛋白质浓度：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，其他蛋白质共沉作用也愈强，这是不希望的。选择适当的蛋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，可避免共沉的干扰。白质浓度，可避免共沉的干扰。15
18、（4 4）温度：一般在室温下进行，浓盐对蛋白质有保护作用。）温度：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。但对温度敏感的，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）盐析沉淀物的脱盐：盐析的沉淀分离后，经脱盐才能）盐析沉淀物的脱盐：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，注意防止污辱。换透析液，注意防止污辱。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利用
19、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。降低溶液的介电常数，使其溶解度变小，同介电常数有关。降低溶液的介电常数，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。时，还破坏蛋白质的水化膜而使蛋白质沉淀析出。 16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
20、水溶液 137介电常数与静电力的关系：介电常数与静电力的关系： F=Q1Q2/Kr2 式中：式中： K介电常数。指带相反电荷的微粒之间的静电引力。介电常数。指带相反电荷的微粒之间的静电引力。 F相距为相距为r的的2个带电量分别为个带电量分别为Q1、Q2点电荷相互作用的静电引力。点电荷相互作用的静电引力。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 2030%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5060%的丙酮即可。的丙酮即可。注：水有较高的介电常数，具有很
21、好的溶剂性能，是一种广谱溶剂。有机溶剂注：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法比盐析法分辨力强，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和火灾等。失活和变性。应用时还要注意挥发和火灾等。17有机沉淀法应注意的问题有机沉淀法应注意的问题： （1 1）控制工艺过程的温度：整个操作过程应在低温下进）控制工艺过程的温度：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：加入有机溶剂时搅拌要均）防止溶剂局部浓度过高
22、：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、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。变性或失活。 （3 3）及时处理沉淀物：沉淀物经过滤或离心后，要立即）及时处理沉淀物：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。用水或缓冲液溶解，降低有机溶剂的浓度。 （4 4）pHpH的选择：在待沉淀蛋白质的的选择：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变性因素，尤其是对敏感）有机溶剂是酶和蛋白质的变性因素，尤其是对敏感酶类。酶类。183 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
23、最低，而各种蛋白质又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。具有不同的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想，分辨力差，多用于提取后除杂蛋白。实际生产效果不理想，分辨力差，多用于提取后除杂蛋白。实际生产中常与有机溶剂沉淀法、盐析法联合使用。中常与有机溶剂沉淀法、盐析法联合使用。194 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超
24、滤、反渗透析反渗透析、电渗析、电渗析、微孔过滤微孔过滤、气体渗析和气体渗析和超精密过滤超精密过滤。 （1 1）超滤：根据溶质分子和悬浮粒子是否通过多孔膜来）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，一般在范围，一般在0.0010.01m0.0010.01m。即利用一种特制的膜对溶。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。液中的各种溶质分子进行选择性过滤。优点优点：成本低、操作方便、条件温和、能较好地保持药物：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
25、于酶和蛋白质药物的分离、浓缩、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、除菌、除病毒和热原。脱盐、提纯、除菌、除病毒和热原。 20（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）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。这一过程类似于渗透物阻截在膜前。这一过程类似于渗透, ,但方向相反，即溶剂从高但方向相反，即溶剂从高浓度一侧传递到浓度低的一侧，故称反渗透。浓度一侧传递到浓度低的一侧，故称反渗透。 特点：能耗少，体积小，适应大规
26、模生产。特点：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）微孔滤膜：由高分子材料制成的薄膜过滤介质，可以过滤一般介质不能截留的细菌和微粒。膜的孔径在一般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）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。为能在超滤膜与微孔滤膜之间。为0.010.2 m0.010.2 m。用于水的精制、。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。循环水的净化、除悬浮固体粒子以及糖液、酶液
27、的精制。21 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。种生化物质。基本原理：离子交换树脂在水中能溶胀，溶胀后，其分子中基本原理：离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，能与溶液中的极性基团（活性基团），具有可扩散的离子，能与溶液中的离子起交换作用；非极性基团作为树脂的骨架，使树脂不的离子起交换作用；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，为离子交换的进行及溶液和树脂的溶于水并具有网状结构，为离子交换的进行及溶液和树脂的分离创造了条件
28、。离子交换层析包括吸附、吸收、穿透、扩分离创造了条件。离子交换层析包括吸附、吸收、穿透、扩散、离子交换、离子亲和力等物理化学过程。散、离子交换、离子亲和力等物理化学过程。 22树脂种类和理化性能：树脂种类和理化性能： （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一般一般没有限制。没有限制。 （2 2）弱酸性阳离子交换树脂：功能团为羧基、酚基。在）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，酸性溶液中不发生交换，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
29、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。 pH pH愈低交换能力愈大。愈低交换能力愈大。23 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）树脂颗粒的大小：颗粒小，表面积大，能促进内部和外部扩散。和外部扩散。 （2 2）搅拌和流速：加快搅拌速度或加大液体流速，都能）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。减少树脂外液膜的厚度，从而使液相扩散速度增加
30、。 （3 3）离子浓度：交换速度随离子浓度的上升而增加，达）离子浓度：交换速度随离子浓度的上升而增加，达到一定浓度后交换速度不在升高。到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： 24（6 6）交联度大小：交联度愈小，树脂愈易膨胀，交换速度愈）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。快。但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）有机溶剂的影响：当有有机溶剂存在时，会
31、降低树脂对有机离子的选择性，而容易吸附无机离子。脂对有机离子的选择性，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、其各种物质分子大小不同而被分离的技术。又称凝胶过滤、凝胶渗透过滤、分子筛过滤、阻滞扩散层析、排阻层析。凝胶渗透过滤、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，凝胶可重复使用，无离条件缓和，不使活性物质
32、失活变性，凝胶可重复使用，无需再生处理。需再生处理。25 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1616糖苷键。由葡聚糖和甘糖苷键。由葡聚糖和甘油以醚桥形式交联而成的网状结构。最著名的商品为油以醚桥形式交联而成的网状结构。最著名的商品为SephadexSephadex葡聚糖凝胶，珠状颗粒物，化学性质稳定，不溶于葡聚糖凝胶，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，在水、弱酸、碱和盐溶液
33、。低温时，在0.1mol/L 0.1mol/L 盐酸中保持盐酸中保持1-1-2h2h不改变性质；室温时，在不改变性质；室温时，在 0.01mol/L 0.01mol/L 盐酸中放置半年也不盐酸中放置半年也不改变；在改变；在0.25mol/L0.25mol/L的的 氢氧化钠中，氢氧化钠中， 60 60 两个月没有发改两个月没有发改变。可在变。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 120 120 即变黄。湿状贮存易发霉，若长期不用，需加防腐剂。即变黄。湿状贮存易发霉，若长期不用，需加防腐剂。 26（2 2）聚丙烯酰胺凝胶：由碳）聚丙烯酰胺凝胶
34、：由碳碳骨架构成。完全为惰性。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。稳定性比葡聚糖凝胶好，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。有一定的离子交换基团。 （3 3）琼脂糖凝胶：天然凝胶，不是共价交联，是以氢）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糖凝胶。没有干凝胶，必须在溶胀状态保存，遇脱水葡聚糖凝胶。没有干凝胶，必须在溶胀状态保存，遇脱水剂、冷冻和
35、一些有机溶剂即破坏，丙酮和乙醇对它无影响。剂、冷冻和一些有机溶剂即破坏，丙酮和乙醇对它无影响。在在pH 4.5-9,pH 4.5-9,温度温度0-40 0-40 稳定。对硼酸有吸附，不能用硼酸稳定。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凝胶的不足。补了葡聚糖和聚丙烯酰胺凝胶的不足。 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-Bio-Gel-AGel-A）, ,英国称英国称Sagavac.Sagavac.27 ( (4)4)疏水性
36、凝胶：常用的为聚甲基丙烯酸酯疏水性凝胶：常用的为聚甲基丙烯酸酯（PolymethacrylatePolymethacrylate）凝胶、聚苯乙烯凝胶（如）凝胶、聚苯乙烯凝胶（如Styrogel , Styrogel , Bio-Beads-SBio-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。亲和层析是利用生核酸的互补链间，多糖与蛋白质复合体。亲和层析是利用生物大分子的特异亲和力而设计的层析技术。可逆结合的特异物大分子的特异亲和力而设计的层析技术。可逆结合的特
37、异性物质称为配基，与配基结合的层析介质称为载体。性物质称为配基，与配基结合的层析介质称为载体。 亲和层析能从粗提液中，通过一次简便处理，便可得到高纯亲和层析能从粗提液中，通过一次简便处理，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，度的活性物质，既可分离一些生物材料中含量极微的物质，又能分离一些性质十分相似的物质。又能分离一些性质十分相似的物质。 28优点优点：设备要求不高，操作简便，适用范围广，特异性强，：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。分离速度快，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
38、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）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。活化后常带有电荷，非特异性吸附较强，加上子的渗入。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，其应用不如凝胶载体广泛。目前主要用空间位阻等原因，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。如用寡聚脱氧胸腺核苷酸纤维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提取液中的素作固定相分离细胞提取液中的m
39、RNA.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。29（2 2）琼脂糖凝胶：用于亲和层析的主要为交联珠状凝胶。其琼）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脂糖的质量浓度为20g/L(2%)20g/L(2%)、40g/L(4%)40g/L(4%)、60g/L(6%)60g/L(6%)几种，相几种，相应的商品称为应的商品称为Sepharose 2BSepharose 2B、4B4B、6B(Pharmacia)6B(Pharmacia)和和Ultrogels Ultrogels A-2,A-4,A-6)A
40、-2,A-4,A-6)。这类载体能使吸附物质保持活性，能迅速活化。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。并接上各种功能基团，结构疏松孔径大，流速快。 （3 3）葡聚糖凝胶：与琼脂糖凝胶相比孔径太小，特别是经配）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，凝胶膨胀度会进一步边小，所以应用受到限制。基偶联后，凝胶膨胀度会进一步边小，所以应用受到限制。（4 4）聚丙烯酰胺凝胶：碳）聚丙烯酰胺凝胶：碳碳骨架，有丙烯酰胺和甲叉双丙烯碳骨架，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。商品名为酰胺聚合而成，具有网状三维空间结构。商品
41、名为Biogel PBiogel 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。定程度上限制了它的应用。 30（5 5）多孔玻璃珠：化学和物理稳定性好，机械强度高，不）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。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。异性吸附，而且可供连接的化学活
42、性基团也少。 改良方法：为了克服其缺点，市售改良方法：为了克服其缺点，市售Bio-GlassBio-Glass的商品都已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，在璃珠已成功地分离了免疫淋巴细胞，在DNADNA连接的玻璃珠上连接的玻璃珠上纯化了大肠杆菌的纯化了大肠杆菌的DNADNA和和RNARNA聚合酶。聚合酶。 31（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U
43、ltrogels 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，使用温度不超过40 C。 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。 32影响吸附亲和力的几个因素影响吸附亲和力的几个因素： （1 1）配基浓度；）配基浓度； （2 2）空间障碍；）空间障碍； （3 3）配基与载体的结合位点；）配基与载体的结合位点； （
44、4 4）载体的孔径；）载体的孔径； （5 5）微环境（化学因素）。）微环境（化学因素）。33Concentration 浓缩浓缩浓缩：低浓度溶液通过除去熔剂边为高浓度溶液的过程。常浓缩：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。在提取后和结晶前进行，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 卧式喷淋卧式喷淋降膜降膜蒸
45、发器、蒸发器、RoseRose蒸发器、板式蒸发器蒸发器、板式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。 薄膜蒸发流程图薄膜蒸发流程图34 吸收浓缩吸收浓缩Absorbing concentration 通过吸收剂直接吸收除去溶液中的溶剂分子使溶液浓缩的方法。吸收剂与溶液不起化学反应，对生化药物不起吸附作用，易与溶液分开。吸附剂除去溶剂后可重复使用。 常用
46、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。35 Crystallization 结晶结晶结晶结晶：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达到了绝对的纯化，只能说到了相当纯的程度。有时纯度不
47、高，但加入有机溶剂和制成盐，也能达到结晶。36（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。37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
48、对干燥制品的工艺过程。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。 38（3）喷雾干燥 Spray desiccation：将液体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
49、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。39 （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40Steril
50、ization 灭菌灭菌灭菌：指杀灭或除去一切微生物的操作技术。干干热热空气灭菌空气灭菌：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。41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
51、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 ） 30min 30min 121.5 121.5 2.0 kgf/cm2 ( 2.0 kgf/cm2 (表压表压 1.0 kgf/cm2 1.0 kgf/cm2 ） 20min 20min 126.5 126.5 2.4 kgf/cm2 ( 2.4 kgf/cm2 (表压表压 1.4 kgf/cm2 1.4 kgf/cm2 ） 15min 15m
52、in42 紫外线灭菌紫外线灭菌：主要用于空气和物体的表面灭菌。一般紫外灯高度距操作台面不超过1.5m，被灭菌物距灯与台面的垂直点中心不超过1.5 m。用于室内空气灭菌时，约6-15m3的空间装一盏紫外灯。 人体若照射紫外线过久会产生眼结膜炎、红斑和皮肤变红等。故一般均在操作前照射1-2h。若操作时必须照射时，对操作人员的眼睛和皮肤要加以防护。 43过滤灭菌过滤灭菌：通过适宜的滤器除去药液中所含的细菌。常用有硅藻土滤柱、素瓷滤柱、垂熔玻璃滤器、石棉板吕器和微孔滤膜（纤维素酯膜、聚碳酸酯膜）。滤器孔径约为0.2m时，灭菌结果才可靠。 适用于不耐热的药物溶液的灭菌、除去活菌和死菌。灭菌后的药液进行分
53、装时，要特别注意防止染菌，应进行无菌操作。 化学灭菌化学灭菌：用化学药品抑制或杀灭细菌的方法。常用其气体或蒸汽杀灭细菌的药品有甲醛、丙二醇、乳酸等，适用于无菌室的空气灭菌。44小结小结 生物制药生物制药是利用一定的生物制备技术从生物材料中获取是利用一定的生物制备技术从生物材料中获取特殊的生物活性物质的过程。特殊的生物活性物质的过程。需要经常注意的几个问题：需要经常注意的几个问题：1、生物材料的组成成分复杂，各种化合物的形状、大小、生物材料的组成成分复杂，各种化合物的形状、大小、相对分子质量和理化性质都各不相同，有些还属于未知。且相对分子质量和理化性质都各不相同，有些还属于未知。且这些化合物在分
54、离时仍在不断的代谢之中。这些化合物在分离时仍在不断的代谢之中。2、有些化合物含量很低或极微。制备时，原材料用量很大，、有些化合物含量很低或极微。制备时，原材料用量很大，得到产品很少。？得到产品很少。？Fishing3、生物活性物质，一旦离开了生物体内环境，很易变性。、生物活性物质，一旦离开了生物体内环境，很易变性。454、分离制备的过程几乎在溶液中进行，各种温度、分离制备的过程几乎在溶液中进行，各种温度、PH、离子强度等参数，对溶液中各种组成的综合影响，常常无离子强度等参数，对溶液中各种组成的综合影响，常常无法固定，有些实验或工艺设计的合理性不强，常带有很大法固定，有些实验或工艺设计的合理性不强，常带有很大的经验成分。因此，要建立重复性好的成熟工艺，对生物的经验成分。因此，要建立重复性好的成熟工艺，对生物材料、各种试剂及其辅料都要加以严格规定。材料、各种试剂及其辅料都要加以严格规定。5、生物药物、生物药物“均一性均一性”证明与化学药物的证明与化学药物的“纯度纯度”是不同的。是不同的。结构与功能（活性）的关系？结构与功能（活性）的关系？46
