扩张床吸附(expanded bed adsorption,EBA)技术是一种新型的生物分离技术,集固液分离、浓缩和初步纯化于一个单元操作之中,能直接从含有细胞和细胞碎片的发酵液或匀浆液中提取目标产物,而不必事先除去悬浮的固体颗粒。吸附介质是决定扩张床吸附技术是否成功应用的关键因素。本文以不锈钢粉为增重剂,将其包埋于纤维素黏胶中,采用“反相悬浮热再生”法制备了一种新型扩张床复合基质。考察了该复合基质的制备工艺、理化性质和扩张床特性,随后将其制备成染料亲和介质,研究了亲和介质的吸附性能和扩张床纯化应用实例。全文分为五部分。第一部分综述了扩张床吸附技术的历史沿革、基本原理和操作方法,重点介绍了扩张床吸附基质的特性要求、常见种类和制备方法。在叙述纤维素介质理化性质和制备应用情况的基础上,提出了本文的研究思路,即以不锈钢粉为增重剂,通过“反相悬浮热再生”技术包埋于纤维素骨架之中,制备一种新型的亲水性扩张床吸附基质。第二部分综述了一套扩张床吸附介质的表征方法。该方法包括了对空白基质的基本物理性质(湿真密度、含水率、收缩率、机械强度)、孔结构特征(孔度、孔容、孔径、孔比表面积)、仪器分析(外观形态、粒径分布、Zeta电位)、扩张床特性(扩张性能、流体混合性能)及染料亲和介质的吸附性能(染料配基含量、酶活测定、总蛋白测定、凝胶电泳、批吸附性能、柱层析性能)等方面性能的表征。通过这些表征方法,可以评价出所制备吸附介质的应用潜力。第三部分考察了纤维素/不锈钢粉复合基质的制备工艺,得到较优的工艺条件:老成温度为15℃,时间为24 hr,黄化温度为30℃,时间为3 hr;分散相与聚合相质量比为6:1;搅拌速度为500-600 rpm。在此工艺条件下,详细考察了不锈钢粉加量对两种不同粒径分布复合基质的基本性质和孔结构特征的影响,结果表明:不锈钢粉颗粒起到很好的增重作用,且对孔结构特征影响较小;复合基质具有规则的球形外观、良好的基本性质、孔结构特征和粒径分布,与商品化扩张床基质相近。第四部分研究了上述两种不同粒径分布复合基质的扩张床特性。首先,通过Richardson-Zaki方程式对基质在扩张床内的扩张行为进行了描述,发现此方程式可以较好地描述扩张率与流动相流速的关系。然后用RTD测试对扩张床内的流体混合性能进行了研究,表明流动相的流速是影响扩张床操作稳定性的重要参数,其值的增大会引起轴向分散系数的增大。在所研究的实验范围内,采用本文所制备基质的扩张床内的流体流动可以近似为平推流。第五部分讨论了染料亲和介质的制备,提出较优的工艺条件:黏胶中纤维素含量为8 wt%,空白基质的不锈钢粉与黏胶质量比为0. 25,粒径分布为60-150 μm,初始染料溶液浓度为20 mg/mL。考察了所制备的染料亲和介质的酶活和蛋白吸附性能,摘要包括吸附等温线和吸附动力学曲线,并以Streamline OEAE为对照。结果表明,亲和介质对乳酸脱氢酶的吸附符合Langmuir等温式,且具有较高的吸附容量;酶活吸附动力学曲线较好,与动力学速率参数模型吻合。进行了固定床层析和扩张床层析的实验,实现了直接从兔肌匀浆液中分离兔肌乳酸脱氢酶,纯化倍数和回收率分别为3.65和85.2%。505一PAGE和等电聚焦凝胶电泳结果证实了扩张床吸附的分离效果。关键词:扩张床吸附,复合基质,纤维素,不锈钢粉,染料亲和介质,乳酸脱氢酶工