柱层析之扩张床的特性

蛋白质及天然有效成分的分离纯化通常可分为目标产品的捕获、中间纯化及精制三个阶段。

制备纯净的生物工程产品，一般采用多单元操作的工艺流程，尤其是医药或诊断用制品，往往都包括有蛋白质及多肽的反复多级的预处理及柱层析等负责的工艺流程。每部操作都可提高终产品的成本，同时也降低了产品的收率。众所周知，无论是发酵液中的菌丝体还是匀浆液中的细胞碎片都是难以分离的，有时还成为粘稠的液态，不但使固液分离处理困难，费时费力，还影响到其下面的操作单元。往往由于固体颗粒的存在会严重的污染层析分离介质，只是分离介质的工作容量下降，试用寿命缩短等严重后果。扩张床的出现解决了上述问题。扩张床可以处理含有悬浮颗粒的液体，它是一种集成分离技术，将固液分离、浓缩及初步纯化三个分离步骤合并为一个独立的操作单元，由此大大简化了分离过程中的复杂操作。扩张床吸附技术具有简化分离工艺、提供生产效率、降低生产成本及提供产品收率等优点，它将成为分离纯化过程中的一个有发展前途的操作单元，也成为近年来国内外生化分离提取技术中的一个研究热点。

扩张床属于流化床范畴，是流化床的一种特例，它兼备流化床及固定床的双重优点。柱层析分离中目前采用的工艺主要有一下三种形式：

①固定床  固定床（又称填充床）分离介质以一定的分布填装在柱中，流动相一般自上而下流动，操作比较简单，目标产物的动态吸附容量及产物的回收率比较高。但是对于流动相的要求比较严格，当料液中含有悬浮颗粒或细胞碎片时，固定床的床层易被堵塞，床的压力降不断增大，知道操作被迫停止。因此采用固定床时，料液的前处理是一个重要的操作步骤。

②流化床  流化床也有多种形式，有单床流化床，既是一个单床，流动相自柱底部向上流动；还有双室双层流化床（又称双室双层浮动床），是用两种不同性质的分离介质，用筛孔隔板分隔开，流动相自下向上流动。流化床对操作的要求比较严格，因为流化床中液体的反混程度大，接近一个平衡级，没有稳定的床体结构，所以分离效果、动态吸附容量及收率都低于固定床。

③扩张床  扩张床是流化床的一个特殊情况，当流动相自下向上的流动，控制床体扩张到一定程度时，使分离介质按一定规律分布，分离介质颗粒之间有一定的空隙，料液中的悬浮颗粒可以顺利的通过空隙流出，不会使床体发生堵塞现象。又由于分离介质有一定的分布，控制一定的条件，可使介质的分布保持相对的稳定性，而不互相混合，即介质离子之间没有上下大范围的流动，不互相混流，轴向混合程度很低，单个介质粒子仅在小范围内做圆周运动，液体流动为平推流，无沟流产生，反混程度很低，形成稳定的床体结构。由于床体结构比较稳定，因此这样的吸附分离效果与固定床极为相似。其漏泄曲线、动态吸附容量、目标产物的纯度及收率均达到固定床的效果。所以可认为扩张床是将澄清、浓缩及吸附三步工艺合并为一的工艺。扩张床吸附技术可以从粗料液中直接回收蛋白质及中草药有效成分，简化了固定床必须采用固液分离的复杂工序。

扩张床收到多方面的关注，它的吸附性能是扩张床吸附技术研究的核心，对于吸附性能的研究将有助于提高其吸附效率。床层高度、流速、流体的黏度和温度等都是影响扩张床吸附性能的主要因素。此外，吸附剂与细胞和细胞碎片之间的相互作用等方面也是应进一步研究的内容。