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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HPLC251

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HPLC290

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