《之细胞破碎》PPT课件.ppt

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1、生物制药工艺学细胞破碎技术生物分离过程的一般流程不同类型的细胞分泌目标产物的类型：动物细胞：大多无细胞壁，其培养产物大多分泌在培养液中。植物细胞：多为胞内产物。微生物：大多数小分子代谢产物分泌在胞外；大多数大分子产物和基因重组产物为胞内产物，如胰岛素、干扰素、白细胞介素-2等均为胞内产物。对于胞内产物，首先必须将细胞破碎，使产物得以释放，才能进一步提取。细胞破碎的意义细胞破碎技术是分离纯化细胞内合成的非分泌型成分的基础。有效的细胞破碎对分离和纯化任何细胞内活性药物成分都是必要的。细胞破碎与上游和下游工艺设计的关系上游通过细胞的

2、生理状态对细胞破碎效果产生影响；而下游则要考虑去除细胞碎片和细胞蛋白质的污染等对产品活性的影响。细胞破碎过程中必须考虑的因素细胞壁的坚韧程度、目标产品的性质、破碎的规模、方法、费用等.细胞壁结构对破碎的影响微生物细胞和植物细胞外层均为细胞壁，细胞壁里面是细胞膜，动物细胞没有细胞壁，仅有细胞膜。通常细胞壁较坚韧，细胞膜脆弱，易受渗透压冲击而破碎，因此细胞破碎的阻力主要来自于细胞壁。不同细胞壁的结构和组成不完全相同，故细胞壁的机械强度不同，细胞破碎的难易程度也就不同。细胞破碎是为了破坏细胞外围使细胞内含物释放出来。生物的细胞外围通

3、常包括细胞壁和细胞膜。细胞膜使细胞内外保持一定的浓度差，它主要由蛋白质和脂质组成，强度比较差，易受渗透压冲击而破碎。植物和微生物细胞有细胞壁，细胞壁维持细胞坚固。细胞破碎的主要阻力来自于细胞壁。细胞壁的组成与结构微生物细胞的外围通常包括细胞壁和细胞膜。细胞壁（外壁）：具有固定细胞外形和保护细胞免受机械损伤的功能；细胞膜（内壁）：具有高度选择性的半透膜，控制胞内外一些物质的交换渗透作用。细胞破碎的主要阻力来自于细胞壁，不同类型的微生物其细胞壁的结构特性是不同的，取决于遗传和环境因素。革兰氏阳性细菌革兰氏阴性细菌酵母霉菌植物细胞壁

4、厚(nm)20~8010~13100~300100~2502~7μm层次单层多层多层多层多层主要组成肽聚糖多糖磷壁酸蛋白质脂多糖肽聚糖脂蛋白脂多糖磷脂蛋白质葡聚糖甘露聚糖蛋白质脂类多聚糖脂类蛋白质纤维素半纤维素果胶物质木质素蛋白质破碎难易程度较难破碎较易破碎较难破碎难破碎很难破碎研磨细胞破碎技术破碎方式机械法非机械法固体剪切作用液体剪切作用干燥处理溶胞作用磨珠法高压匀浆超声破碎酶溶法化学法物理法机械破碎捣碎法研磨法匀浆法超声法物理破碎温度差破碎法压力差破碎法化学破碎有机溶剂：表面活性剂：酸碱酶促破碎自溶法外加酶制剂法通过机械运

5、动产生的剪切力，使组织、细胞破碎。通过各种物理因素的作用，使组织、细胞的外层结构破坏，而使细胞破碎。通过各种化学试剂对细胞膜的作用，而使细胞破碎通过细胞本身的酶系或外加酶制剂的催化作用，使细胞外层结构受到破坏，而达到细胞破碎细胞破碎方法及其原理影响破碎难易程度的重要因素：机械法——细胞的大小和形状、细胞壁厚度、聚合物交联程度。显然，细胞个体小、球形、壁厚、聚合物交联程度高是最难破碎的。（破碎细胞）非机械法——细胞壁、膜的组成和结构。了解细胞壁的组成和结构，就可选择合适的溶菌酶和化学试剂，以及在使用多种酶或化学试剂相结合时确定其

6、使用的顺序。（溶解壁膜上的某些组成——打洞）机械法方法技术原理效果成本举例机械法匀浆法（片型）细胞被搅拌器劈碎适中适中动物组织及动物细胞研磨法细胞被研磨物磨碎适中便宜超声波法用超声波的空穴作用使细胞破碎适中昂贵细胞悬浮液小规模处理匀浆法（孔型）须使细胞通过的小孔，使细胞受到剪切力而破碎剧烈适中细胞悬浮液大规模处理珠磨破碎法细胞被玻璃珠或铁珠捣碎剧烈便宜细胞悬浮液和植物细胞的大规模处理组织匀浆机高速组织捣碎机采用高压匀浆器（由高压泵和匀浆阀组成）。1.高压匀浆法（High-pressurehomogenization）细胞悬浮液

7、自高压室针形阀喷出时，每秒速度高达几百米，高速喷出的浆液又射到静止的撞击环上，被迫改变方向从出口管流出。细胞在这一系列高速运动过程中经历了高速剪切、碰撞及压力骤降，造成细胞破碎。高压匀浆阀结构示意图进液口出液口阀座碰撞环阀杆高压匀浆器19.6-25.4MPa适用于酵母和大多数细菌细胞的破碎大、中、小型高压匀浆器实验室级高压均质仪高压细胞破碎机高压匀浆法使用时注意事项高压匀浆器的操作温度上升约２-3℃/10MPa为了控制温度的升高，可在进口处用干冰调节温度，使出口温度调节在20℃左右。可以采用单次通过匀浆器或多次循环通过等方式。

8、在工业规模的细胞破碎中，对于酵母等难破碎的及浓度高或处于生长静止期的细胞，常采用多次循环的操作方法。高压匀浆法适用的范围大规模细胞破碎的常用方法☆高压匀浆法适用的范围：酵母和大多数细菌细胞的破碎；料液细胞浓度可以很高，20%左右。☆不宜使用高压匀浆法。易造成堵塞的团状或丝状真