細(xì)胞破碎--高壓勻漿法

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1、細(xì)胞破碎技術(shù)—高壓勻漿法摘要：細(xì)胞破碎技術(shù)是指利用外力破壞細(xì)胞膜和細(xì)胞壁，使細(xì)胞內(nèi)容物包括目的產(chǎn)物成分釋放出來的技術(shù)，是分離純化細(xì)胞內(nèi)合成的非分泌型生化物質(zhì)（產(chǎn)品）的基礎(chǔ)。目前已發(fā)展了多種細(xì)胞破碎方法，以便適應(yīng)不同用途和不同類型的細(xì)胞壁破碎。破碎方法可規(guī)納為機(jī)械法和非機(jī)械法兩大類。機(jī)械破碎主要的方法有珠磨法、高壓勻漿法、撞擊破碎法和超聲波等方法。本文主要介紹高壓勻漿法，高壓勻漿法的應(yīng)用以及高壓勻漿機(jī)的介紹和使用。關(guān)鍵詞：細(xì)胞破碎高壓勻漿法高壓勻漿機(jī)影響因素應(yīng)用1、高壓勻漿法破碎細(xì)胞原理高壓勻漿法是大規(guī)模破碎細(xì)胞的常用方法，作用機(jī)理是液體剪切

2、作用，利用高壓使細(xì)胞懸浮液通過針形閥，由于突然減壓和高速沖擊撞擊環(huán)使細(xì)胞破碎，細(xì)胞懸浮液自高壓室針形閥噴出時(shí)，每秒速度高達(dá)幾百米，高速噴出的漿液又射到靜止的撞擊環(huán)上，被迫改變方向從出口管流出。細(xì)胞在這一系列高速運(yùn)動(dòng)過程中經(jīng)歷了剪切、碰撞及由高壓到常壓的變化，從而造成細(xì)胞破碎。破碎屬于一級反應(yīng)速度過程，被破碎的細(xì)胞分率符合如下公式：ln[1/(1-R)]=KNPɑ式中R—破碎率，為N次循環(huán)后，蛋白質(zhì)的釋放量Rn與最大釋放量Rm之比；K－與溫度有關(guān)的速度常數(shù)；N－懸浮液通過勻漿器的次數(shù)；P－操作壓力，MPa；ɑ－與微生物種類有關(guān)的常數(shù)。2、高壓

3、勻漿機(jī)2.1高壓勻漿機(jī)工作原理及工作示意圖高壓勻漿器是常用的設(shè)備，它由可產(chǎn)生高壓的正向排代泵和排出閥組成，排出閥具有狹窄的小孔，其大小可以調(diào)節(jié)。細(xì)胞漿液通過止逆閥進(jìn)入泵體內(nèi)，在高壓下迫使其在排出閥的小孔中高速沖出，并射向撞擊環(huán)上，由于突然減壓和高速沖擊，使細(xì)胞受到高的液相剪切力而破碎。在操作方式上，可以采用單次通過勻漿器或多次循環(huán)通過等方式，也可連續(xù)操作。為了控制溫度的升高，可在進(jìn)口處用干冰調(diào)節(jié)溫度，使出口溫度調(diào)節(jié)在20℃左右。在工業(yè)規(guī)模的細(xì)胞破碎中，對于酵母等難破碎的及濃度高或處于生長靜止期的細(xì)胞，常采用多次循環(huán)的操作方法。2.2高壓勻漿

4、機(jī)性能特點(diǎn)凡與物料相接觸的零部件材料都具有極高的耐磨性和良好的耐腐蝕性、對物料不會產(chǎn)生不良的影響，高壓均質(zhì)機(jī)與其它均質(zhì)設(shè)備相比，具有占地面積小、效率高、能量大、反應(yīng)時(shí)間快、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。高壓均質(zhì)機(jī)品種、規(guī)格齊全，完全能滿足各個(gè)領(lǐng)域用戶的需要。均質(zhì)功率從1KW-200KW，壓力從15MPa-100MPa，從0.2升物料能做實(shí)驗(yàn)的臺式小型均質(zhì)機(jī)到3萬升/小時(shí)超大型均質(zhì)機(jī)，各種規(guī)格達(dá)一百多種，為全國同行業(yè)之最。機(jī)器的均質(zhì)系統(tǒng)分別由一級閥和二級閥組成雙級均質(zhì)系統(tǒng)，兩者的均質(zhì)壓力可以在其額定的壓力范圍內(nèi)任意選擇，兩者可同時(shí)使用，也可單獨(dú)使用。均質(zhì)

5、閥的結(jié)構(gòu)可分為平型和W型兩種，平型閥能承受高壓沖擊，具有耐磨性好、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。W型閥是一種能在一組閥件內(nèi)產(chǎn)生多次均質(zhì)過程結(jié)構(gòu)的閥，大大的提高了其均質(zhì)效果。泵休閥的結(jié)構(gòu)分球型閥和碟型閥二種，球型具有耐高壓、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。碟型具有結(jié)構(gòu)簡單、容積效率高等優(yōu)點(diǎn)。　主要特點(diǎn)：（1）一級勻質(zhì)閥，可選二級勻質(zhì)閥（2）乳劑和脂質(zhì)體研究生產(chǎn)單位中得到廣泛使用。（3）意大利GEANiroSoavi公司的高壓勻漿機(jī)勻質(zhì)閥材料為陶瓷，陶瓷閥的使用壽命是高密度硬質(zhì)合金或碳化鎢的使用壽命3倍以上。（4）采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，而非氣動(dòng)方式，避免了空氣經(jīng)壓縮產(chǎn)生的水份進(jìn)

6、入高壓泵，而導(dǎo)致高壓勻漿機(jī)無法正常運(yùn)行。（5）樣品經(jīng)高壓勻漿后，最終平均粒徑可以達(dá)到100納米以下，且粒徑分布均勻。（6）可進(jìn)行在線清洗（CIP）和在線蒸汽滅菌（SIP），完全符合FDA要求。（7）框架式系統(tǒng)按照ASMEBPE標(biāo)準(zhǔn)裝配。高壓勻漿機(jī)按照ISO9001質(zhì)量體系標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)。（8）可進(jìn)行在位清洗和在線滅菌技術(shù)參數(shù)：（1）最大工作壓力1500Bar——適合生物工程（酵母細(xì)胞破碎、大腸桿菌破碎、絲狀真菌破碎、動(dòng)物細(xì)胞及動(dòng)物組織細(xì)胞破碎）、分子生物學(xué)、藥劑、乳業(yè)、食品研發(fā)及中試等行業(yè)使用（2）產(chǎn)量10L/hr（3）電源要求：三相電源，1.1

7、KW/380V/50Hz/3phase（4）尺寸(mm):W460xH420xL800（5）勻質(zhì)閥材質(zhì)：陶瓷（6）壓縮頭采用高質(zhì)量、高強(qiáng)度和耐腐蝕的SAF2507特種雙相不銹鋼制造，能夠在極高的操作壓力穩(wěn)定持久地工作，不會產(chǎn)生裂紋，有效抵抗腐蝕和機(jī)械損傷（7）設(shè)備自重:85kg（8）按照ISO9001質(zhì)量體系標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)3、影響高壓勻漿法破碎細(xì)胞的主要因素[4]本部分以高壓勻漿破碎重組大腸桿菌為例子介紹影響高壓勻漿法破碎細(xì)胞的主要因素3.1勻漿操作壓力對細(xì)胞破碎過程的影響右圖是勻漿一次時(shí)，細(xì)胞破碎率及包含體中rhIL-6含量隨勻漿壓力變化曲線當(dāng)

8、壓力在20~40MPa時(shí)，細(xì)胞破碎率迅速增加，當(dāng)壓力大于60MPa后其增加勢頭減弱壓力達(dá)80MPa后，D值趨于不變而壓力大于70MPa后離心所得包含體的純度顯著提高。可見，操作壓