细胞分离与破碎

dP2 (S L )g 18L
公式计算
当颗粒浓度较大时，颗粒之间相互碰撞相干扰，
影响沉降速度。此时，颗粒的沉降速度比单一颗
粒小，需用空隙率函数f (ε):
vg'
vg
1 校正
f (ε)
f (ε) ε4.65 为悬浮液的空隙率
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菌体和动植物细胞的重力沉降虽然简 便易行，但菌体细胞体积很小，沉降 速度很慢。
两者的区别在于溶质的密度梯度中的与待分离物质的 密度梯度不一样。
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区带离心法可用于蛋白质、核酸等 生物大分子的分离纯化，但处理量 小，一般仅限于实验室水平。
20世纪60年代人们开发了区带转子， 利用其代替离心管，可增加处理能 力。
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一些菌体细胞的大小和离心操作条件
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(2)区带离心
区带离心是生化工程中的重要分离手段，根据离心操 作条件不同，又分差速区带离心和平衡区带离心。
两种区带离心法均事先在离心管中用某种低分子溶质 (如蔗糖溶液）调配好密度梯废，在密度梯度之上加待 处理的料液进行离心操作。
注意：科技文献中常将离心操作的条件用多少
g(如5000g、8000g等)表示．就是将离心力用
Zg形式表达的。将 stokes公式中的g用Zg代替，
得到离心沉降速度vs公式：
vs
2 2dP2 (S 9L
L )N2r
或者：
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需要注意的一个公式：
室温下（20℃）某物质在水中的沉降系数：
1.2.3.离心分离设备
实验室一般用转子离心机。
按速度分为低速离心机、高速离心机、超 离心机。
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工业离心分离设备中，较为常用的有管式和碟片式 两大类.
管式离心机工作原理：在离心力作用下．管内液面 旋转轴为中心圆筒，将轻相（清液）和重相分离开 来。缺点是沉降面积小．处理能力较低。
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一般管式离心机的工作参数：
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碟片式离心机又称板式离心机，离心转子中 有许多等间隔的碟型分离板，以增大沉降面 积和提高处理能力。
操作过程，料液从中心进料口输入，通过转 子底部的液孔进入分离板外径处，进入分离 板的间隙。通过分离板的间隙向转子中心移 动过程中，重相受离心力作用而沉降，轻相 从转子上部出口排出。连续操作时，重相从 喷嘴连续喷出。
S W , 20
S0 W , 20
1 kc
一些蛋白质的沉降系数表
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1.2.2 离心分离法
（1）差速离心分级
差速离心(Differential centrifugation)是生物化工 最常用的离心分离方法。
以菌体细胞的收集或除去为目的的固液 离心分离是分级离心操作的一种特殊情 况，即为一级分组分离。
凝聚或絮凝不仅有利于重力沉降， 而且还可以在过滤分离中大大提高 过滤速度和质量。当培养液中含有 蛋白质时．可使部分蛋白质凝聚而 同时过滤除去。
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1.2 离心沉降
离心沉降是科学研究与生产实践中最 广泛使用的非均相分离手段，不仅适 用于菌体和细胞的回收或除去，而且 可用于血球、胞内细胞器、病毒以及 蛋白质的分离．也广泛应用于液---液 相分离。
因此，实用上需使菌体细胞凝聚成较 大颗粒后进行沉降操作，提高沉降速 度。在中性盐的作用下，可使菌体表 面双电层排斥电位降低，有利于菌体
之间产生凝聚。
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另外，向含菌体的料液中加入聚丙 烯酰胺或聚乙烯亚胺等高分子絮凝 剂，可使菌体之间产生架桥作用而 形成较大的凝聚颗粒。
本章介绍细胞分离、目标产物释放以及蛋白质复性的主要 方法和原理。
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1 细胞分离
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1.1重力沉降
重力沉降在化工操作过程中常用的气-固、 液-固和液-液分离手段，在生物分离过程中 亦有较多的应用
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以液固沉降为例，重力沉降过程中固体颗粒受 到重力、浮力和阻力的作用。
vg
0.27[
dP (S L )g L
Re0.6 ]0.5
3湍流区：Newton公式 103<Re<2×105
沉降速度
vg
1.74[
dP (S L )g ]0.5 L
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一般而言单体细胞直径小、沉降速度很低，满足
10-4<Re<1，可使用
vg
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本章节重点： 离心沉降公式的推导及应用； 离心设备的分类及工作原理； 细胞破碎一般方法及原理。
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概述
通过微生物发酵或动植物细胞培养得到的原料液，应首先 将其中的菌体或细胞与培养液分离。
如果目标产物为胞外物，可直接利用培养液进行以后的分 离纯化操作；如果目标产物为胞内物，则要对菌体或细胞 进行适当的处理，释放目标产物，然后除去细胞或其碎片， 再进行目标产物的分离纯化。
重力
Fg
1 6
d
3 P
S
g
浮力
Fb
1 6
d
3 P
L
g
阻力
FS
ζLvg2
×
d
2 P
24
ζ dP2Lvg2
8
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1.滞留区：stokes方程 10-4<Re<1
沉降速度
vg
dP2 (S L )g 18L
2.过渡区：Allen公式 1<Re<103
沉降速度
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1.2.1 离心沉降速度
单位质量的物质所受到的离心力为：
其中N为转速，r为离心机半径
离心设备的一个重要技术指标是：所 能达到的离心力与重力的比值，称为 分离因数。分离因数是衡量离心程度 的参数r用z表示：
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