[发明专利]一种扩张床吸附(EBA)介质和其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种离子交换介质，具体涉及一种用于扩张床吸附的介质。

本发明还涉及该离子交换介质的制备方法。

背景技术

扩张床吸附(expanded bed adsorption,EBA)技术是利用介质对样品的不同的成分有不同强度的吸附作用，在洗脱过程中得以分离的一种技术。扩张床技术核心是利用吸附剂本身的物理性质，这些吸附剂有适当的密度和粒径，还有一定的密度和粒径分布。由于基质中的聚合物多呈疏松的凝胶状，密度小，故增重剂是绝大多数扩张床基质不可缺少的组成部分，也是扩张床基质区别于固定床基质最显著的特征之一。当料液从扩张床底部泵入时，吸附剂能在扩张床中膨胀，相互间的空隙增大，并且形成了梯度分布，大而重的颗粒在扩张床的底部，小而轻的颗粒在扩张床的上部。这种分层现象限制了颗粒的运动。如条件控制适当时，颗粒分离成层，而不相混合。因而颗粒的轴向混合程度很低，也无沟流，单个颗粒仅在小范围内作圆周运动，且液相流动为平推流，从而得到稳定的扩张床，这种稳定分层的床层是扩张床操作的基础。

扩张床吸附基质的特点主要是粒径和密度两个方面：

1、粒径和密度：在扩张床(流化床)中，颗粒的终点沉降速度μ_t与颗粒的直径d_p、密度ρ_p和液相的粘度η、密度ρ_l有关。为满足过程的高处理量要求和与料液中的悬浮颗粒区分开来，必须提高基质的终点沉降速度。这可以从两个方面着手，一是增加颗粒的直径，二是增加颗粒的密度。在蛋白质的层析过程中，颗粒内扩散是整个传质过程的控制步骤，基质粒径的大小会直接影响分离的效率。粒径的增加，将难以解决为维持合适的扩张率而要求增加流速和为满足较慢的吸附动力学而要求降低流速之间的矛盾。同时，当粒径与柱径之比d_p/d_c<0.01时，层析柱的壁效应会导致床层的不稳定。粒径太小，就要求扩张床的下分布器具有更小的网孔，这会使料液中的细胞和细胞碎片更容易堵塞分布器的进口。通常用于扩张床的基质粒径在50～400μm之间。可见，增加基质的密度是制备扩张床吸附基质的最佳办法。目前有两种方法：采用高密度的大孔匀质材料，如多孔玻璃，氟化二氧化锆，聚丙烯酰胺复合陶瓷等；和采用亲水性材料包裹高密度的惰性材料，如琼脂糖－石英砂，琼脂糖－不锈钢，葡聚糖－二氧化硅，纤维素－二氧化钛，聚乙烯醇－全氟聚合物等。使用高密度的基质，可以降低基质的粒径，从而提高传质的效果。一般认为，基质密度为1.3～1.5g/ml时最佳，能够较好地平衡床层扩张、过程有效性和吸附容量之间的关系。

2、粒径和密度的分布：形成稳定分级的床层是扩张床吸附过程操作的基础。基质的密度和粒径应该存在一定的分布，这样，扩张时大的、重的颗粒分布在床层下部，小的、轻的分布在上部，分级限制了基质的上下运动，轴向混合近似于固定床。一般认为，当基质颗粒的最大粒径与最小粒径之比大于2.2时，能形成稳定的分级床层。一般基质的密度分布范围十分窄，而粒径的分布或多或少有一些偶然的因素，存在批间的分布差异。商业化的基质的分布比较确定，可能经过了仔细的筛分和配比，如Streamline基质，粒径和密度的分布近似于高斯函数。但从严格意义上讲，分布应是一个连续函数。

离子交换层析(ion-exchange chromatograpHy，简写IEC)就是利用蛋白质带电性的差异，在离子吸附剂上静电吸附能力不同，对蛋白质分离的柱层析技术。是发展最早的层析技术之一。离子交换中主要技术有几个重要的方面，分别是：

1.交联度：离子交换剂的基质通过交联剂将线性大分子交联形成的网孔状颗粒的程度为交联度。不同的离子交换剂使用不同的交联剂，交联度的大小影响着离子交换剂的很多特性，包括机械强度、膨胀度、网孔大小、交换容量等。一般交联度越高，网孔的孔径越小；交联度越低，网孔孔径越大。仅琼脂糖交换剂是例外，这种介质所形成的网孔结构是由琼脂糖的胶束构成的，其孔径仅与琼脂糖的浓度有关，交联剂的用量对孔径影响不大。

2.电荷密度：是指在基质颗粒上单位表面积的取代基(功能集团)的数量，它决定着离子交换剂的交换容量、膨胀度等性质。对小分子进行离子交换时，离子与功能基团间按1：1的物质量的比结合，但蛋白质类分子离子交换所用的介质电荷密度往往较低。