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第一篇 生物反应器及大规模细胞培养 1

第一章 生物反应器 1

第一节 概述 1

第二节 细胞生长及代谢过程动力学 2

一、细胞生长的特点、描述方法的分类 2

二、均衡生长模型 3

1．细胞生长模型 3

2．基质消耗的模型 4

3．产物生成动力学模型 5

三、其它模型 6

一、生物反应器的特点及分类 8

第三节 生物反应器的基本类型 8

二、批式反应器 12

三、连续搅拌罐反应器——恒化器 15

第四节 生物反应器的放大 17

一、概述 17

1．氧的供给 17

2．罐内流体的混合 19

二、搅拌及传氧 20

1．搅拌 20

2．氧的传递 22

5．恒定的混合时间Tm放大 23

4．恒定剪切力一恒定叶端速度（πnd1）放大 23

3．恒定传氧系数kLα放大 23

2．恒定等体积功率放大 23

1．几何相似 23

三、生物反应器的放大原则 23

第五节 生物反应器的控制及优化 24

一、生物反应器的控制 24

二、生物培养过程的优化 28

1．过程变量的关联及敏感量（变量或参数）的获得 28

2．流加技术的应用 28

符号表 30

参考文献 30

一、贴壁培养 31

第一节 常用的培养方法 31

第二章 动物细胞大规模培养和专用生物反应器 31

二、悬浮培养 32

三、固定化培养 32

1．吸附 32

2．共价贴附 32

3．离子/共价交联 32

4．微囊 32

5．包埋 33

第二节 动物细胞培养的操作方式 33

一、分批式操作 33

四、连续操作 34

二、流加式操作 34

三、半连续式操作 34

五、灌注培养 35

第三节 细胞培养过程的放大 36

一、培养基组成 36

二、限制细胞生长的因素 37

三、污染的控制 37

四、产物表达的控制 37

五、硬件和过程设计参数 38

六、产物收获 38

1．悬浮培养用 39

2．贴壁培养用 39

一、生物反应器的种类 39

第四节 动物细胞培养生物反应器 39

3．包埋培养用 40

二、无升式细胞培养生物反应器 40

三、中空纤维管生物反应器 41

四、通气搅拌生物反应器 42

五、气泡搅拌反应器 43

六、动物细胞反应器的控制 44

参考文献 45

第三章 细胞培养专用微载体 47

第一节 采用微载体培养贴壁细胞是当前最有发展前途的一种培养模式 47

第二节 动物细胞在微载体上贴壁生长机理 48

第四节 国外微载体研制现状及发展趋势 49

一、交联葡聚糖为基质的微载体 49

1．DEAE-交联葡聚糖 49

第三节 优良的微载体应具有的特征 49

2．Cytodex 2微载体 50

3．Cytodex 3微载体 50

1．聚苯乙烯微载体 51

3．聚甲基丙烯酸羟乙基酯微载体 51

2．苯乙烯-二乙烯苯共聚微载体 51

四、高分子合成材料为基质的微载体 51

三、蛋白质为基质的微载体——变性胶原微载体 51

二、纤维素为基质的微载体 51

4．聚乙烯基吡啶微载体 52

5．聚丙烯酰胺微载体 52

6．硅橡胶微载体 52

五、无机材料玻璃为基质的微载体 52

1．中空玻璃微载体 52

2．明胶涂覆的多孔微载体 52

六、液膜微载体 52

第五节 研制开发国产微载体的必要性 53

参考文献 57

第一节 动物细胞的微囊化 58

一、微囊化概述 58

第四章 动物细胞的微囊化培养 58

二、动物细胞微囊化方法 59

1．聚赖氨酸/海藻酸（PLL/ALG）微囊化 59

2．其它的微囊化方法 60

第二节 微囊化细胞的培养 61

一、微囊化培养的细胞种类 61

二、培养条件 62

1．单克隆抗体的生产 63

3．干扰素的生产 63

2．高值生化药物的生产 63

一、生产药物上的应用 63

第三节 微囊化动物细胞的应用 63

二、在治疗及药物筛选上的应用 64

1．人工器官 64

2．抗癌药物的筛选 64

参考文献 64

第二篇 目标产品的分离与纯化 65

第五章 细胞破碎和固液分离 65

第一节 概述 65

第二节 细胞破碎 65

二、几种常用的破碎方法 66

1．高压匀浆法 66

一、细胞破碎技术的分类 66

2．高速珠磨法 68

3．超声破碎 70

4．化学渗透法 70

5．酶溶法 72

三、细胞破碎技术研究的发展方向 73

1．多种破碎方法相结合 73

2．与上游过程相结合 73

3．与下游过程相结合 74

第三节 包含体产物的分离 74

第四节 离心沉降 76

第五节 微孔膜过滤 79

第六节 双水相萃取 84

第七节 避开固液分离的探索 87

一、流化床直接吸附法 87

二、膜直接吸附法 87

参考文献 88

第六章 膜分离技术在生物工程中的应用 91

第一节 概述 91

第二节 几种膜分离过程的定义与分离原理 92

1．微滤 93

2．超滤 93

一、微滤膜 94

5．电渗析 94

第三节 膜结构及其分离特性 94

3．反渗透 94

4．透析 94

二、超滤膜与反渗透膜 96

三、电渗析膜 98

第四节 生物工程后处理过程中膜分离技术的选择与应用 99

一、微生物的分离与收集 99

二、酶、蛋白质、抗体、多糖和一些基因工程产品的分离浓缩 103

1．膜品种与膜规格的选择 103

2．浓差极化 104

3．膜污染 104

4．清洗 106

第五节 组件结构 108

三、超滤分级 108

四、除水中热源 108

第六节 系统设计 109

第七节 超滤亲和纯化 113

第八节 膜反应器 114

第九节 电渗析与反渗透的应用 117

参考文献 118

附录6-1 国外超滤膜生产厂家及膜性能 120

附录6-2 我国研制MF、UF、RO膜的单位 124

附录6-3 我国RO、UF、MF膜、组件、装置生产单位 125

第七章 生物大分子的色谱分离和纯化 128

第一节 基本理论 129

第二节 装置和操作技术 131

第三节 色谱条件及色谱纯化工艺的最优化 132

第四节 应用举例 135

参考文献 140

第八章 非线性色谱原理及其在蛋白质分离与纯化中的应用 143

第一节 概述 143

一、色谱法的基本特点 143

1．分离效率高 143

4．高灵敏度在线检测 144

5．快速分离 144

6．连续自动化操作 144

3．操作参数多 144

2．应用范围广 144

二、线性色谱与非线性色谱 145

第二节 非线性色谱理论基础 146

一、吸附过程及吸附等温线 146

二、非线性色谱基本理论 149

1．吸附平衡热力学 149

2．吸附平衡动力学 150

3．色谱基本物料平衡方程 150

第三节 非线性色谱的实验方法 151

一、非线性色谱中的固定相及色谱柱 151

1．固定相 151

2．色谱柱及填充技术 154

二、样品溶解与进样方法 155

三、非线性色谱中3种常用的展开方式 156

2．前沿分析 157

3．置换展开 157

1．超载洗脱 157

四、色谱系统的生物相容性 159

第四节 非线性色谱在分离与纯化蛋白质中的应用 159

参考文献 164

第九章 凝胶过滤及离子交换层析介质 165

第一节 概述 165

第二节 凝胶过滤介质 166

一、凝胶过滤 166

1．多糖类骨架的介质 167

2．合成大分子骨架的介质 167

二、凝胶介质应具备的条件 167

三、凝胶过滤介质的种类 167

3．由天然大分子与合成高聚物构成混合骨架的介质 168

第三节 凝胶过滤介质的主要品种 168

一、葡聚糖系 168

1．结构 168

2．性能 168

3．主要用途 169

4．衍生系 169

1．Bio-Gel A系 170

二、琼脂糖系 170

三、聚丙烯酰胺系 172

五、Superdex系 176

六、聚乙烯醇系 177

七、Ultrogel系及Trisacryl系 178

八、Bio-Beads S-X系 179

第四节 离子交换法与离子交换剂的选择 179

一、离子交换法 179

二、离子交换剂的选择 180

1．离子交换剂种类的选择 180

2．离子交换剂的强弱性 180

1．亲水性及生物相容性 181

2．孔结构 181

3．选择适宜工作条件，提高工作容量 181

一、生化用离子交换剂的特点 181

第五节 生化用离子交换剂的特点及种类 181

3．电荷密度 182

4．粒度 182

5．纯度 182

二、生化用离子交换剂的种类 183

1．通用型离子交换树脂 183

2．功能基种类 184

一、纤维素类 185

二、葡聚糖系Sephadex离子交换剂 185

3．生化专用离子交换剂 185

第六节 生化专用离子交换剂品种 185

三、琼脂糖系离子交换剂 187

1．Bio-Gel A系离子交换剂 187

2．Sepharose系离子交换剂 187

四、Toyopearl离子交换剂 188

五、Mono Beads系离了交换剂 190

六、聚丙烯酸羟乙基酯系离子交换剂 190

参考文献 191

第十章 有机高分子基质的高效液相色谱分离柱填料 193

第一节 概述 193

一、HPLC技术对于填料的一般要求 194

二、高分子基质微球的合成 194

第二节 高分子类型HPLC填料的特征 194

第三节 高分子类型HPLC填料的制备 194

三、基质微球的化学改性 195

第四节 填料性能的评价 196

一、填料物化性质的表征 196

二、填料色谱性能的表征 196

1．保留值 196

2．选择性 196

一、高效反相色谱填料 197

5．分离度 197

第五节 高分子类型的吸附分配HPLC填料 197

4．填充柱的总孔隙度和穿透性 197

3．柱效率 197

二、高效正相色谱填料 200

三、高效疏水性相互作用色谱填料 200

第六节 高分子类型离子交换HPLC填料 201

一、高效离子交换色谱填料 201

二、高效离子色谱填料 205

第七节 高分子类型空间排除HPLC填料 207

一、SEC填料的一般特征与色谱指标 207

1．排除极限 207

2．分离范围 207

3．固流相比 207

二、高效凝胶渗透色谱填料 208

三、高效凝胶过滤色谱填料 209

第八节 高分子类型高效亲和色谱填料 211

参考文献 212

第十一章 无机基质分离介质 215

第一节 无机基质 215

一、硅胶 215

1．硅胶的化学性质 215

2．硅胶的物理性质 216

3．多孔硅胶的制法 217

二、可控孔径玻璃 218

三、其它 219

第二节 硅胶的化学修饰 219

3．通过烷氧基硅烷与硅羟基的反应 220

2．通过氯硅烷与硅羟基的反应 220

一、通过表面硅羟基的化学修饰 220

1．通过氯化反应 220

二、通过涂层改进硅胶的表面性质 221

三、整体修饰 221

四、硅烷化试剂 221

第三节 反相介质 223

一、反相介质的合成 223

二、反相介质的表征与评价 224

1．配基键合密度与残余硅羟基浓度 224

2．键合相结构与色谱性能的关系 225

三、常见的反相介质 226

二、表面亲水层的键合 228

三、常见的无机亲水凝胶介质 228

一、对高效亲水凝胶介质的要求 228

第四节 高效亲水凝胶介质 228

第五节 高效离子交换色谱介质 229

一、薄壳型离子交换介质 230

二、全多孔硅胶型离子交换介质 230

第六节 高效亲和色谱介质 232

一、高效亲和色谱的特点 233

二、用于高效亲和色谱的基质 233

三、硅胶的活化 234

四、一些商品化的高效亲和介质 235

参考文献 237

综合参考文献 237

第七节 高效疏水作用介质 237

第十二章 羟基磷灰石分离介质 240

第一节 发展概况 240

第二节 HPLC柱对介质的要求及羟基磷灰石的性能 241

一、高机械强度 241

二、粒子大小、形状和孔隙 241

三、化学和热稳定性 241

四、非可逆性吸附 241

五、表面化学修铋 242

第三节 羟基磷灰石的制备方法 242

一、Tiselius型羟基磷灰石的制备方法 242

1．球型复合羟基磷灰石 243

2．均相法球形羟基磷灰石 243

二、日本制备羟基磷灰石的方法 243

三、制备球形羟基磷灰石的新方法 243

第四节 羟基磷灰石的商品化情况 244

第五节 羟基磷灰石柱色谱机理的研究 247

一、实验 247

二、假定、推论和结论 247

第六节 羟基磷灰石在生物大分子分离纯化中的应用 250

一、一般应用领域 250

二、单克隆抗体的分离纯化 250

参考文献 251

三、结构差异很小的蛋白质分离 251

四、有机溶剂体系中的羟基磷灰石HPLC 251

第十三章 径向色谱柱的发展与应用 260

第一节 概述 260

第二节 径向色谱柱结构 261

第三节 径向色谱柱填料 262

第四节 径向色谱柱的应用 263

一、血液制品 264

二、生物样品 266

三、基因工程产品 268

参考文献 269

第二节 电泳技术原理 270

第十四章 电泳分离技术 270

第一节 概述 270

第三节 电泳的技术问题和对策 272

第四节 在生物技术研究上应用的电泳技术 274

1．新的电泳载体 274

2．显色技术 274

3．电泳仪及相关设备和材料 274

第五节 生物技术产品分离纯化上应用的电泳技术 274

一、平板电泳 274

1．水平平板电泳 275

二、连续凝胶电泳 276

2．垂直平板电泳 276

三、等电聚焦电泳 277

1．螺旋管等电聚焦电泳 278

2．水平旋转等电聚焦电泳 278

四、连续流动电泳 280

五、无载体连续流动电泳 281

参考文献 284

第三篇 目标产品的分析检测及质量控制 285

第十五章 目标产品的蛋白质分析检测技术与质量控制 285

第一节 蛋白质的纯度 285

第二节 氨基酸分析 286

第三节 蛋白质浓度测定和分子量的测定 287

第四节 肽谱 288

一、裂解方法 288

二、肽谱分析 289

三、两种新技术 290

1．微柱HPLC 290

2．毛细管电泳 291

第五节 蛋白质一级结构和突变点的分析 291

第六节 蛋白质的二硫键分析 292

第七节 蛋白质化学分析技术及新发展 293

第八节 其它 294

参考文献 295