生物工艺细胞离心分离

1、1 发酵液的固液分离发酵液的固液分离 发酵液固液分离手段 1. 离心 2. 微孔膜过滤 3. 双水相萃取 4. 泡沫分离 5. 扩张床吸附 2 3 离心，与过滤比较 1. 优点：分离速度快、效率高、液相澄 清度好，操作时卫生条件好优点，适 于大规模分离过程 2. 缺点：投资设备高，能耗大，固相干 燥程度不如压滤操作。 有哪些形式离心呢？ 1. 重力沉降（ 自己离心自己） 2. 离心过滤 3. 离心沉降 4. 离心分离 4 5 重力沉降重力沉降 以液固沉降为例，重力沉降过程中固体以液固沉降为例，重力沉降过程中固体 颗粒受到重力，浮力和摩擦力的作用对球形的颗粒受到重力，浮力和摩擦力的作用对球形的

2、固体颗粒，当固体颗粒，当10-4Re1时时(滞流区滞流区),当重力，当重力， 浮力和摩擦力达到平衡时，球形固体颗粒沉降，浮力和摩擦力达到平衡时，球形固体颗粒沉降， 沉降速度为沉降速度为 L Lsp g gd v 18 )( 2 Stokes定律 6 相对离心力（离心分离因数，离心力强度）相对离心力（离心分离因数，离心力强度） 悬浮粒子受到离心力的作用，将悬浮粒子受到离心力的作用，将 向离心管底部移动，沉降，这个粒子所受到向离心管底部移动，沉降，这个粒子所受到 的离心力与它受到的地球重力相比较，称为的离心力与它受到的地球重力相比较，称为 相对离心力（相对离心力（RCF），也称为分离因子。，也称为

3、分离因子。 g rn g rn g r mg rm F F RCF 22222 4)2( 重力 离心力 从以上公式可看出从以上公式可看出RCF是与沉降的粒子质量无是与沉降的粒子质量无 关的值。关的值。 7 沉降速度及沉降系数沉降速度及沉降系数 2 2 2 2 18 )( 18 )( Sr dt dr v d S r d dt dr v s L Lsp L Lsp s 则 令 S为单位离心场力作用下的粒子的沉降系数。为单位离心场力作用下的粒子的沉降系数。 从以上得知：从以上得知：S是溶剂物性的函数，与温度及是溶剂物性的函数，与温度及 溶剂有关。溶剂有关。1S=10-13s 8 一些蛋白质的沉降系

4、数一些蛋白质的沉降系数 9 沉降时间沉降时间 下列积分：下列积分： 2 Sr dt dr 2 1/2 )ln( S rr t 圆形颗粒完全沉降需要的时间圆形颗粒完全沉降需要的时间 10 K是转子的效率因子（通常是转子的效率因子（通常K值为值为101,000 或更大）。与转子大小和速度有关。或更大）。与转子大小和速度有关。 根据厂家提供的最大根据厂家提供的最大K值就可估计在值就可估计在 一定的转速时具有一定沉降系数的某种颗粒一定的转速时具有一定沉降系数的某种颗粒 的沉降时间。的沉降时间。 SKt rr K / )ln( 2 1/2 则 令 BACK 11 12 1.按离心形式分按离心形式分 离心

5、过滤：在离心过滤：在有孔转鼓有孔转鼓的离心机中通过的离心机中通过过滤过滤 介质介质分离悬浮液的过程为离心过滤分离悬浮液的过程为离心过滤 离心沉降：利用离心沉降：利用固液两相比重的差异固液两相比重的差异在离心在离心 机机无孔转鼓或管子无孔转鼓或管子中进行悬浮液沉降分离者为中进行悬浮液沉降分离者为 离心沉降。离心沉降。 离心分离：分离不同比重液体的过程为离心离心分离：分离不同比重液体的过程为离心 分离。分离。 13 2.按离心的转速分 14 3.离心方法 分类 1. 差速离心 2. 区带离心 继续继续 15 差速离心法：差速离心法： 采用采用逐渐增加离心速度逐渐增加离心速度或或低速和高低速和高 速

6、交替进行速交替进行离心，使沉降速度不同的颗粒，在离心，使沉降速度不同的颗粒，在 不同离心不同离心速度速度及不同离心及不同离心时间时间下分批离心的方下分批离心的方 法。法。 它是利用各种粒子它是利用各种粒子密度密度的不同，因而的不同，因而 在离心力场中其在离心力场中其沉降速度沉降速度亦不同，从而达到分亦不同，从而达到分 离的目的。离的目的。 16 缺点：每次沉降的沉淀粒子不是均一的，在某缺点：每次沉降的沉淀粒子不是均一的，在某 离心力下除了大粒子都沉淀外，部分中粒子和离心力下除了大粒子都沉淀外，部分中粒子和 少部分小粒子也可能沉淀下来，且数目随着离少部分小粒子也可能沉淀下来，且数目随着离 心时间

7、的延长而增加。故不容易得到粒度均匀心时间的延长而增加。故不容易得到粒度均匀 的粒子，需要将沉淀重新悬浮、洗涤，再次离的粒子，需要将沉淀重新悬浮、洗涤，再次离 心，反复数次，才有较好效果。心，反复数次，才有较好效果。 一般用于一般用于 分离分离沉降系数相差较大沉降系数相差较大的粒子。的粒子。 17 18 19 例子例子 BACK 20 2、区带离心（、区带离心（zonal centrifugation） 样品在一样品在一惰性密度梯度介质惰性密度梯度介质中进行离心沉中进行离心沉 降或沉降平衡，在一定离心力把颗粒分配到密度梯度降或沉降平衡，在一定离心力把颗粒分配到密度梯度 某些特定位置上，形成不同区

8、带的沉降方法。某些特定位置上，形成不同区带的沉降方法。 根据离心操作条件的不同，分根据离心操作条件的不同，分 差速区带离心差速区带离心和和平衡平衡 区带离心区带离心2种。种。 优点；分离效果好，适用范围广，颗粒不易优点；分离效果好，适用范围广，颗粒不易 失活变形。失活变形。 缺点；离心时间长，需要制备梯度，操作复缺点；离心时间长，需要制备梯度，操作复 杂。杂。 BACK 21 （1）差速区带离心法）差速区带离心法 A：原理原理 把样品铺放在一个事先制备的连把样品铺放在一个事先制备的连 续的密度梯度上，在垂直于轴方向上的近轴续的密度梯度上，在垂直于轴方向上的近轴 处（处（x1）介质密度最小，离轴

9、远处（）介质密度最小，离轴远处（x2）密）密 度最大，但最大密度度最大，但最大密度L L一般小于样品中最小一般小于样品中最小 粒子的密度粒子的密度s。这样，所有的粒子的沉降速。这样，所有的粒子的沉降速 率率dx/dt0。离心一定时间后，沉降颗粒逐。离心一定时间后，沉降颗粒逐 渐分开，最后形成一系列的界面清楚的不连渐分开，最后形成一系列的界面清楚的不连 续的区带。续的区带。 2 2 18 )( r d dt dr L Lsp 22 返回返回 23 （2）平衡区带离心）平衡区带离心 被分离的所有粒子的密度都应在所采被分离的所有粒子的密度都应在所采 用的溶液梯度密度的范围内，如果离心时间足用的溶液梯

10、度密度的范围内，如果离心时间足 够长，各种粒子沉降或上浮到与它密度相当位够长，各种粒子沉降或上浮到与它密度相当位 置（即置（即l l=s s处），因为处），因为l ls s=0，所以，所以 dr/dt=0，粒子在这个离心环境中停止下降或，粒子在这个离心环境中停止下降或 上浮，即使继续离心，也不变化。上浮，即使继续离心，也不变化。 24 说明：说明： 等密度梯度离心法所得到的区带与粒子等密度梯度离心法所得到的区带与粒子 的的密度有关密度有关。而与其它参数（如：大小、形。而与其它参数（如：大小、形 状）无关，但状）无关，但后二者决定达到平衡的速度、后二者决定达到平衡的速度、 时间和区带的宽度。时间和区带的宽度。 25 一些生物大分子在蔗糖溶液中的密度一些生物大分子在