目录 1
1 引言 1
1.1 质量守恒作为一种计量方法 1
1.2 微分和积分：世界人口统计 3
1.3 扩散、对流和反应过程的质量守恒计量：微观尺度 4
1.4 小结 6
1.5 参考文献 6
2.1 生物分离过程的选择 9
2 工业生物分离过程 9
第一部分 工业生物分离过程与产品检测 9
2.1.1 规模、浓度和价格 10
2.1.2 产品性质 11
2.2 单克隆抗体 13
2.3 人胰岛素 14
2.4 狂犬疫苗 15
2.5 青霉素 16
2.6 蛋白酶 16
2.7 L-赖氨酸 17
2.8 柠檬酸 18
2.9 小结 19
2.10 习题 19
2.11 参考文献 22
3 浓度测定和生物活性分析 23
3.1 氨基酸 23
3.1.1 高效液相色谱 25
3.1.2 反相高效液相色谱 25
3.1.4 胶束电动毛细管色谱 26
3.1.3 毛细管电泳 26
3.1.5 电渗析 27
3.1.6 气相色谱 27
3.2 多肽和蛋白质 28
3.2.1 分析型色谱 28
3.2.2 分析型电泳 30
3.2.3 免疫测定技术 31
3.3 核苷酸和聚核苷酸 32
3.3.1 离子交换色谱 33
3.3.2 反相高效液相色谱 33
3.3.4 Slalom色谱 34
3.3.3 离子对色谱 34
3.3.5 凝胶电泳 35
3.3.6 脉冲电场凝胶电泳 35
3.3.7 毛细管等速电泳 36
3.3.8 毛细管区带电泳 36
3.4 糖类化合物 37
3.4.1 单糖 37
3.4.2 寡聚糖 39
3.5.1 脂肪酸 41
3.4.3 糖蛋白 41
3.5 脂类 41
3.5.2 脂肪和油类 44
3.6 类固醇和抗生素 45
3.7 维生素 46
3.8 小结 47
3.9 习题 47
3.10 参考文献 48
4 热力学与传递性质 55
4.1 化学平衡 55
第二部分 化学、物理和生物学性质在生物分离中的应用 55
4.2 溶解度 57
4.2.1 蛋白质和氨基酸的溶解度 57
4.3 扩散系数 59
4.3.1 不带电的小分子生物化学品 60
4.3.2 蛋白质 60
4.4 等电点及pH值对电荷的影响 61
4.4.1 羧酸 61
4.4.2 氨基酸 62
4.5 疏水-亲水性的度量 68
4.4.3 蛋白质 68
4.6 酸-碱性的度量 70
4.6.1 Gutmann的供给-接受数理论 70
4.6.2 Drago的E-C方程 70
4.6.3 溶剂化显色比较法 71
4.6.4 软硬酸碱理论 71
4.6.5 不同度量体系之间的比较和关联 72
4.7 金属离子键合常数 72
4.7.1 核酸 73
4.7.2 氨基酸 73
4.9 习题 74
4.8 小结 74
4.10 参考文献 76
5 生物胶体分子的相互作用 78
5.1 短程相互作用 78
5.2 长程相互作用 79
5.2.1 范德华力 79
5.2.2 静电作用和DLVO理论 82
5.2.3 疏水作用 83
5.2.4 磁相互作用 84
5.4 习题 85
5.3 小结 85
5.5 参考文献 86
6 生物亲和性 88
6.1 分子识别过程 89
6.2 配体与受体的相互作用 89
6.2.1 离子键 90
6.2.2 氢键 90
6.2.3 疏水相互作用 90
6.3.1 热力学方法 91
6.3 受体-配体亲和性的理论研究 91
6.2.4 范德华力 91
6.3.2 平衡方法 92
6.4 专一性相互作用 94
6.4.1 抗体与抗原的相互作用 94
6.4.2 DNA与蛋白质的相互作用 95
6.4.3 细胞受体与配体的相互作用 97
6.4.4 酶与底物的相互作用 97
6.4.5 生物素与抗生物素／链菌酶抗生物素的相互作用 98
6.6 习题 99
6.5 小结 99
6.4.6 凝集素与糖分子的相互作用 99
6.7 参考文献 101
第三部分 生物分离方法 105
7 结晶和沉淀 105
7.1 饱和与过饱和态 105
7.2 成核现象 106
7.3 晶体的生长 108
7.4 批式结晶 108
7.4.1 溶液平衡 108
7.4.2 固相平衡 109
7.4.3 晶体粒度分布 110
7.4.4 有机溶剂和盐导致的沉淀 112
7.4.5 生长速率分布 113
7.5 连续结晶 115
7.6 收率 115
7.6.1 除去溶剂和稀释剂时的收率 116
7.7 小结 116
7.8 习题 117
7.9 参考文献 119
8.1 膜材料 120
8 膜过滤 120
8.2 膜分离过程的推动力 121
8.3 微滤理论 121
8.3.1 不可压缩滤饼 122
8.3.2 可压缩滤饼 122
8.4 微滤 123
8.4.1 多级微滤 124
8.5 超滤 125
8.5.1 超滤过程的应用 126
8.6 反渗透 127
8.5.2 超滤膜的应用及其改进 127
8.7 传质通量方程 128
8.8 电渗析 129
8.9 乳化液膜分离 129
8.10 小结 130
8.11 习题 130
8.12 参考文献 132
9 离心 133
9.1 基本原理 133
9.2 离心分离的优缺点 134
9.3 离心机的选择 135
9.4 离心机的类型 136
9.4.1 管状转筒式离心机 137
9.4.2 碟式离心机 138
9.4.3 转篮式离心机 139
9.5 工业规模的离心机 140
9.6 小结 142
9.7 习题 142
9.8 参考文献 143
10 色谱 144
10.1 检测方法 145
10.2 色谱技术概述 146
10.3 固定相 148
10.4 色谱过程分析的6种方法 151
10.4.1 Gaussian法 151
10.4.2 分级模型 153
10.4.3 牛顿连续力学与线性平衡 158
10.4.4 稳态模型与饱和平衡 161
10.4.6 凝胶分配模型 165
10.4.5 van Deemter方程 165
10.5 凝胶渗透色谱 166
10.6 离子交换色谱 168
10.7 亲和色谱 171
10.8 疏水作用色谱与反相色谱 173
10.9 灌注色谱 174
10.10 其他色谱方法 174
10.10.2 置换色谱 175
10.10.3 径向流动色谱 175
10.10.1 梯度法 175
10.10.4 膜色谱 176
10.11 放大策略与注意事项 176
10.11.1 放大方法1：固定相颗粒尺寸不变 177
10.11.2 放大方法2：增大固定相颗粒尺寸 178
10.11.3 放大方法3：凝胶渗透与开关循环方法 178
10.12 小结 179
10.13 习题 179
10.14 参考文献 183
11.1 分配过程的化学热力学 185
11 萃取 185
11.2 有机相-水相萃取 186
11.2.1 萃取剂-稀释剂系统 188
11.2.2 从有机相中移出生化产品 190
11.3 双水相萃取 192
11.3.1 由尺寸差异导致的分配 192
11.3.2 蛋白质电荷对分配的影响 193
11.3.3 其他影响 193
11.4 反胶团 195
11.5 超临界流体 196
11.6 大规模萃取设备 197
11.6.1 混合澄清槽 198
11.6.2 萃取塔 198
11.6.3 离心接触萃取器 201
11.6.4 比较 201
11.7 多级接触的模式 201
11.7.1 并流接触 202
11.7.2 错流接触 202
11.7.3 逆流接触 203
11.7.4 接触模式比较 204
11.7.5 图解法 209
11.7.6 分馏萃取 210
11.7.7 连续逆流萃取 213
11.8 小结 214
11.9 习题 214
11.10 参考文献 218
12 电泳 220
12.1 常用电泳方法简介 220
12.1.1 凝胶电泳 220
12.1.2 毛细管电泳 223
12.1.4 等速电泳 224
12.1.3 等电聚焦 224
12.1.5 移界电泳 225
12.2 电泳的基本概念 225
12.2.1 电渗和松弛效应对电泳的阻碍作用 226
12.2.2 对电泳分离不利的情形 227
12.3 区带电泳 228
12.3.1 带扩散 228
12.4 等电聚焦 229
12.5 等速电泳 230
12.6 二维电泳 231
12.7 小结 232
12.8 习题 232
12.9 参考文献 235
13 磁生物分离 236
13.1 材料的磁性 236
13.2 磁性颗粒分类 241
13.3 理论分析 241
13.4 磁性颗粒分离 243
13.4.1 高梯度磁场分离 243
13.4.2 亲和色谱 244
13.4.3 双水相分离 245
13.5 应用 245
13.5.1 细胞分离 246
13.5.2 免疫测定 246
13.6 小结 246
13.7 习题 247
13.8 参考文献 247
14 溶剂去除和干燥 248
14.1 溶剂去除方法 248
14.2 理论 249
14.2.1 气-液系统 250
14.2.2 液-液系统 252
14.2.3 液-固系统 254
14.3 瑞利精馏 256
14.4 设备 257
14.4.1 蒸发 257
14.4.2 干燥 260
14.5 小结 262
14.6 习题 262
14.7 参考文献 263
15 细胞破碎 264
15.1 细胞与细胞膜 265
15.2 细胞破碎技术 266
15.2.1 机械法细胞破碎 267
15.2.2 化学法细胞破碎 273
15.3 小结 275
15.4 习题 275
15.5 参考文献 276
16.1 生物分离过程经验法则 281
16 分离过程集成 281
第四部分 生物过程设计 281
16.1.1 在分离过程中应尽早减少样品体积 282
16.1.2 将成本最高的步骤放到最后 283
16.1.3 遵守KISS原则 283
16.1.4 尽早提炼组分 284
16.1.5 使生物反应器中的产物抑制降至最低 285
16.2 生物分离过程和生物反应器研发同步进行时的问题 285
16.2.1 对实验室规模的过程不作任何变化 285
16.3 过程集成中的专家系统 286
16.2.3 利用模拟料液进行中试实验 286
16.2.2 依据类似商业产品的生产过程来设计生物分离过程 286
16.4 生物反应和生物分离过程集成 287
16.5 “生物分离友好”的生物反应过程 288
16.6 最终产品剂型和环境影响 289
16.7 小结 290
16.8 习题 290
16.9 参考文献 292
17 产品制剂 294
17.1 剂型特性 294
17.2.2 表面活性剂 295
17.2.3 色素和调味剂 295
17.2 赋形剂 295
17.2.1 增稠剂和黏合剂 295
17.2.4 防腐剂 296
17.3 给药方式 296
17.4 封装 297
17.5 冷冻干燥 298
17.5.1 理论 298
17.5.2 技术 300
17.8 参考文献 302
17.6 小结 302
17.7 习题 302
18 生物加工过程经济学 304
18.1 成本估算软件资源 304
18.1.1 投资成本估算 306
18.1.2 操作费用估算 306
18.2 经济决策模型 307
18.2.1 内部收益率 308
18.2.3 净现值 309
18.2.2 包含利润的投资回收期 309
18.2.4 投资回报率 310
18.2.5 选择项目和投资方式 311
18.3 敏感度分析 311
18.4 小结 314
18.5 习题 315
18.6 参考文献 315
附录 319
附录A Laplace变换 319
附录B Laplace反变换的数值方法、van derLaan法则及Huckel与Helmholtz-Smoluchowski公式 323