半透膜mwco1000

⑴ 透析袋怎麼用

透析已成為生物化學實驗室最簡便最常用的分離純化技術之一。在生物大分子的制備過程中，除鹽、除少量有機溶劑、除去生物小分子雜質和濃縮樣品等都要用到透析的技術。
透析只需要使用專用的半透膜即可完成。通常是將半透膜製成袋狀，將生物大分子樣品溶液置入袋內，將此透析袋浸入水或緩沖液中，樣品溶液中的大分子量的生物大分子被截留在袋內，而鹽和小分子物質不斷擴散透析到袋外，直到袋內外兩邊的濃度達到平衡為止。保留在透析袋內未透析出的樣品溶液稱為「保留液」，袋（膜）外的溶液稱為「滲出液」或「透析液」。
透析的動力是擴散壓，擴散壓是由橫跨膜兩邊的濃度梯度形成的。透析的速度反比於膜的厚度，正比於欲透析的小分子溶質在膜內外兩邊的濃度梯度，還正比於膜的面積和溫度，通常是4℃透析，升高溫度可加快透析速度。
透析膜可用動物膜和玻璃紙等，但用的最多的還是用纖維素（再生纖維素RC、纖維素酯CE、PVDF等）製成的透析膜，目前常用的是美國美國光譜醫學公司（spectrum，上海歐韋達儀器科技有限公司是中華區特約總經銷）和美國Union Carbide （聯合碳化物公司，上海歐韋達儀器科技有限公司是華東區特約經銷商）生產的各種尺寸的透析管，截留分子量MwCO（即留在透析袋內的生物大分子的最小分子量，縮寫為MwCO）大概有100、500、1000、2000、3500、8000、10000、15000、20000、25000、50000、100000、250000、500000、1000000等種類，單位為道爾頓（D）。
商品透析袋製成管狀，其扁平寬度為8 mm～77 mm不等。為防乾裂，出廠時都用10％的甘油處理過，並含有極微量的硫化物、重金屬和一些具有紫外吸收的雜質，它們對蛋白質和其它生物活性物質有害，用前必須除去。

1.將透析管剪成適當長度（10-20cm）的小段，即成透析袋。
2.在大體積的2%（m/v)碳酸氫鈉和1mmol/LEDTA(PH=8)中將透析袋煮沸10min。
3.將透析袋用蒸餾水徹底漂洗。
4.將透析袋置1mmol/LEDTA(PH=8)中煮沸10min。
5.透析袋冷卻後存放於4度，應確保透析袋始終浸沒在液體中。
註：從此步起用透析袋時一定要戴手套操作。
6.在使用之前要用蒸餾水將透析袋裡外加以清洗。
註：也可以將透析袋放在廣口瓶中充滿水，松動瓶蓋，於20psi（1.40kg/cm2)高壓滅菌10min，代替第四步用1mmol/LEDTA(PH=8)中煮沸10min的操作。
使用後的透析袋洗凈後可存於4℃蒸餾水中，若長時間不用，可加少量NaN2，以防長菌。洗凈涼乾的透析袋彎折時易裂口，用時必須仔細檢查，不漏時方可重復使用。
新透析袋如不作如上的特殊處理，則可用沸水煮五至十分鍾，再用蒸餾水洗凈，即可使用。
美國美國光譜醫學公司生產的透析袋大部分是預處理過的，即用型，使用前只需用蒸餾水沖洗即可使用，spectra/por7系列和生物技術級的透析袋基本不含硫化物和重金屬離子。
使用時，一端用橡皮筋或線繩扎緊，也可以使用特製的透析袋夾夾緊，由另一端灌滿水，用手指稍加壓，檢查不漏，方可裝入待透析液，通常要留三分之一至一半的空間，以防透析過程中，透析的小分子量較大時，袋外的水和緩沖液過量進入袋內將袋漲破。含鹽量很高的蛋白質溶液透析過夜時，體積增加50％是正常的。為了加快透析速度，除多次更換透析液外，還可使用磁子攪拌。透析的容器要大一些，可以使用大燒杯、大量筒和塑料桶。小量體積溶液的透析，可在袋內放一截兩頭燒園的玻璃棒或兩端封口的玻璃管，以使透析袋沉入液面以下。
檢查透析效果的方法是：用1％ BaCl2檢查(NH4)2SO4，用1％ AgNO3 檢查NaCl、KCl等。
為了提高透析效率，還可以使用各種透析裝置。使用者也可以自行設計與製作各種簡易的透析裝置。美國美國光譜醫學公司生產的各種型號的透析設備，由於使用對流透析的原理，使透析速度和效率大大提高。
選用透析袋需要知道目的物質的分子量，每次處理的樣品量，同一批次的平行試驗，是否需要保持目的物質的活性來選擇，目前國內使用的透析袋主要由上海歐韋達儀器科技有限公司提供，該公司能提供專業的技術指導。

⑵ 求一種多糖的分離和葯物活性

2.1 概述
 在自然科學，尤其是生命科學高度發展的今天，蛋白質、酶和核酸等生物大分子的結構與功能的研究是探求生命奧秘的中心課題，而生物大分子結構與功能的研究，必須首先解決生物大分子的制備問題，有能夠達到足夠純度的生物大分子的制備工作為前題，結構與功能的研究就無從談起。然而生物大分子的分離純化與制備是一件十分細致而困難的工作。

 與化學產品的分離制備相比較，生物大分子的制備有以下主要特點：
 ⑴生物材料的組成極其復雜，常常包含有數百種乃至幾千種化合物。
 ⑵許多生物大分子在生物材料中的含量極微，分離純化的步驟繁多，流程長。
 ⑶許多生物大分子一旦離開了生物體內的環境時就極易失活，因此分離過程中如何防止其失活，就是生物大分子提取制備最困難之處。
 ⑷生物大分子的制備幾乎都是在溶液中進行的，溫度、pH值、離子強度等各種參數對溶液中各種組成的綜合影響，很難准確估計和判斷。

 生物大分子的制備通常可按以下步驟進行：
 ①確定要制備的生物大分子的目的和要求，是進行科研、開發還是要發現新的物質。
 ②建立相應的可靠的分析測定方法，這是制備生物大分子的關鍵。
 ③通過文獻調研和預備性實驗，掌握生物大分子目的產物的物理化學性質。
 ④生物材料的破碎和預處理。
 ⑤分離純化方案的選擇和探索，這是最困難的過程。
 ⑥生物大分子制備物的均一性（即純度）的鑒定，要求達到一維電泳一條帶，二維電泳一個點，或HPLC和毛細管電泳都是一個峰。
 ⑦產物的濃縮，乾燥和保存。


 分析測定的方法主要有兩類：
 即生物學和物理、化學的測定方法。
 生物學的測定法主要有：酶的各種測活方法、蛋白質含量的各種測定法、免疫化學方法、放射性同位素示蹤法等；
 物理、化學方法主要有：比色法、氣相色譜和液相色譜法、光譜法（紫外／可見、紅外和熒光等分光光度法）、電泳法、以及核磁共振等。
 實際操作中盡可能多用儀器分析方法，以使分析測定更加快速、簡便。

要了解的生物大分子的物理、化學性質主要有：
 ①在水和各種有機溶劑中的溶解性。
 ②在不同溫度、pH 值和各種緩沖液中生物大分子的穩定性。
 ③固態時對溫度、含水量和凍干時的穩定性。
 ④各種物理性質：如分子的大小、穿膜的能力、帶電的情況、在電場中的行為、離心沉降的表現、在各種凝膠、樹脂等填料中的分配系數。
 ⑤其他化學性質：如對各種蛋白酶、水解酶的穩定性和對各種化學試劑的穩定性。
 ⑥對其他生物分子的特殊親和力。

 制備生物大分子的分離純化方法多種多樣，主要是利用它們之間特異性的差異，如分子的大小、形狀、酸鹼性、溶解性、溶解度、極性、電荷和與其他分子的親和性等。
 各種方法的基本原理可以歸納為兩個方面：
 ①利用混合物中幾個組分分配系數的差異，把它們分配到兩個或幾個相中，如鹽析、有機溶劑沉澱、層析和結晶等；
 ②將混合物置於某一物相（大多數是液相）中，通過物理力場的作用，使各組分分配於不同的區域，從而達到分離的目的，如電泳、離心、超濾等。
 目前純化蛋白質等生物大分子的關鍵技術是電泳、層析和高速與超速離心。

 2.2 生物大分子制備的前處理
 2.2.1 生物材料的選擇
 制備生物大分子，首先要選擇適當的生物材料。材料的來源無非是動物、植物和微生物及其代謝產物。
 選擇的材料應含量高、來源豐富、制備工藝簡單、成本低，盡可能保持新鮮，盡快加工處理。
 動物組織要先除去結締組織、脂肪等非活性部分，絞碎後在適當的溶劑中提取，如果所要求的成分在細胞內，則要先破碎細胞。
 植物要先去殼、除脂。
 微生物材料要及時將菌體與發酵液分開。
 生物材料如暫不提取，應冰凍保存。動物材料則需深度冷凍保存。

 2.2.2 細胞的破碎
 不同的生物體或同一生物體的不同部位的組織，其細胞破碎的難易不一，使用的方法也不相同，如動物臟器的細胞膜較脆弱，容易破碎，植物和微生物由於具有較堅固的纖維素、半纖維素組成的細胞壁，要採取專門的細胞破碎方法。
 (1)機械法：
 1) 研磨：將剪碎的動物組織置於研缽或勻漿器中，加入少量石英砂研磨或勻漿。
 2) 組織搗碎器：這是一種較劇烈的破碎細胞的方法，通常可先用家用食品加工機將組織打碎，然後再用10000r/min～20000r/min的內刀式組織搗碎機(即高速分散器)將組織的細胞打碎。

 (2)物理法：
 1) 反復凍融法：將待破碎的細胞冷至－15℃到－20℃，然後放於室溫(或40℃)迅速融化，如此反復凍融多次，由於細胞內形成冰粒使剩餘胞液的鹽濃度增高而引起細胞溶脹破碎。
 2) 超聲波處理法：此法是藉助超聲波的振動力破碎細胞壁和細胞器。破碎微生物細菌和酵母菌時，時間要長一些。
 3) 壓榨法：這是一種溫和的、徹底破碎細胞的方法。在1000×105Pa～2000×105Pa 的高壓下使細胞懸液通過一個小孔突然釋放至常壓，細胞將徹底破碎。
 4) 冷熱交替法：從細菌或病毒中提取蛋白質和核酸時可用此法。在90℃左右維持數分鍾，立即放入冰浴中使之冷卻，如此反復多次，絕大部分細胞可以被破碎。

 (3)化學與生物化學方法：
 1) 自溶法：將新鮮的生物材料存放於一定的pH和適當的溫度下，細胞結構在自身所具有的各種水解酶（如蛋白酶和酯酶等）的作用下發生溶解，使細胞內含物釋放出來。
 2) 溶脹法：細胞膜為天然的半透膜，在低滲溶液和低濃度的稀鹽溶液中，由於存在滲透壓差，溶劑分子大量進入細胞，將細胞膜脹破釋放出細胞內含物。
 3) 酶解法：利用各種水解酶，如溶菌酶、纖維素酶、蝸牛酶和酯酶等，於37℃，pH8，處理15分鍾，可以專一性地將細胞壁分解。
 4) 有機溶劑處理法：利用氯仿、甲苯、丙酮等脂溶性溶劑或SDS（十二烷基硫酸鈉）等表面活性劑處理細胞，可將細胞膜溶解，從而使細胞破裂，此法也可以與研磨法聯合使用。


 2.2.3 生物大分子的提取
 「提取」是在分離純化之前將經過預處理或破碎的細胞置於溶劑中，使被分離的生物大分子充分地釋放到溶劑中，並盡可能保持原來的天然狀態不丟失生物活性的過程。
 影響提取的因素主要有：
 目的產物在提取的溶劑中溶解度的大小；
 由固相擴散到液相的難易；
 溶劑的pH值和提取時間等。
 通常：
 極性物質易溶於極性溶劑，非極性物質易溶於非極性溶劑；
 鹼性物質易溶於酸性溶劑，酸性物質易溶於鹼性溶劑；
 溫度升高，溶解度加大；
 遠離等電點的pH值，溶解度增加。
 提取時所選擇的條件應有利於目的產物溶解度的增加和保持其生物活性。

 ⑴ 水溶液提取：
 蛋白質和酶的提取一般以水溶液為主。稀鹽溶液和緩沖液對蛋白質的穩定性好，溶解度大，是提取蛋白質和酶最常用的溶劑。用水溶液提取生物大分子應注意的幾個主要影響因素是：
 1) 鹽濃度（即離子強度）：
 離子強度對生物大分子的溶解度有極大的影響，有些物質，如DNA-蛋白復合物，在高離子強度下溶解度增加。
 絕大多數蛋白質和酶，在低離子強度的溶液中都有較大的溶解度，如在純水中加入少量中性鹽，蛋白質的溶解度比在純水時大大增加，稱為「鹽溶」現象。鹽溶現象的產生主要是少量離子的活動，減少了偶極分子之間極性基團的靜電吸引力，增加了溶質和溶劑分子間相互作用力的結果。
 為了提高提取效率，有時需要降低或提高溶劑的極性。向水溶液中加入蔗糖或甘油可使其極性降低，增加離子強度（如加入KCl、NaCl、NH4Cl或(NH4)2SO4）可以增加溶液的極性。


 2) pH值：蛋白質、酶與核酸的溶解度和穩定性與pH值有關。過酸、過鹼均應盡量避免，一般控制在pH=6～8范圍內，提取溶劑的pH應在蛋白質和酶的穩定范圍內，通常選擇偏離等電點的兩側。
 3) 溫度：為防止變性和降解，制備具有活性的蛋白質和酶，提取時一般在0℃～5℃的低溫操作。
 4) 防止蛋白酶或核酸酶的降解作用：加入抑制劑或調節提取液的pH、離子強度或極性等方法使相應的水解酶失去活性，防止它們對欲提純的蛋白質、酶及核酸的降解作用。

 5) 攪拌與氧化：攪拌能促使被提取物的溶解，一般採用溫和攪拌為宜，速度太快容易產生大量泡沫，增大了與空氣的接觸面，會引起酶等物質的變性失活。因為一般蛋白質都含有相當數量的巰基，有些巰基常常是活性部位的必需基團，若提取液中有氧化劑或與空氣中的氧氣接觸過多都會使巰基氧化為分子內或分子間的二硫鍵，導致酶活性的喪失。在提取液中加入少量巰基乙醇或半胱氨酸以防止巰基氧化。

 ⑵ 有機溶劑提取
 一些和脂類結合比較牢固或分子中非極性側鏈較多的蛋白質和酶難溶於水、稀鹽、稀酸、或稀鹼中，常用不同比例的有機溶劑提取。
 常用的有機溶劑有乙醇、丙酮、異丙醇、正丁酮等，這些溶劑可以與水互溶或部分互溶，同時具有親水性和親脂性。
 有些蛋白質和酶既溶於稀酸、稀鹼，又能溶於含有一定比例的有機溶劑的水溶液中，在這種情況下，採用稀的有機溶液提取常常可以防止水解酶的破壞，並兼有除去雜質提高純化效果的作用。
例如，胰島素（見講義p36）。

 2.3 生物大分子的分離純化
 由於生物體的組成成分是如此復雜，數千種乃至上萬種生物分子又處於同一體系中，因此不可能有一個適合於各類分子的固定的分離程序，但多數分離工作關鍵部分的基本手段是相同的。
 為了避免盲目性，節省實驗探索時間，要認真參考和借鑒前人的經驗，少走彎路。常用的分離純化方法和技術有：
 沉澱法（包括：鹽析、有機溶劑沉澱、選擇性沉澱等）、離心、吸附層析、凝膠過濾層析、離子交換層析、親和層析、快速制備型液相色譜以及等電聚焦制備電泳等。本章以介紹沉澱法為主。

 2.3.1 沉澱法
 沉澱是溶液中的溶質由液相變成固相析出的過程。沉澱法（即溶解度法）操作簡便，成本低廉，不僅用於實驗室中，也用於某些生產目的的制備過程，是分離純化生物大分子，特別是制備蛋白質和酶時最常用的方法。通過沉澱，將目的生物大分子轉入固相沉澱或留在液相，而與雜質得到初步的分離。
 其基本原理是根據不同物質在溶劑中的溶解度不同而達到分離的目的，不同溶解度的產生是由於溶質分子之間及溶質與溶劑分子之間親和力的差異而引起的，溶解度的大小與溶質和溶劑的化學性質及結構有關，溶劑組分的改變或加入某些沉澱劑以及改變溶液的pH值、離子強度和極性都會使溶質的溶解度產生明顯的改變。

 在生物大分子制備中最常用的幾種沉澱方法是：
 ⑴中性鹽沉澱（鹽析法）：多用於各種蛋白質和酶的分離純化。
 ⑵有機溶劑沉澱：多用於蛋白質和酶、多糖、核酸以及生物小分子的分離純化。
 ⑶選擇性沉澱（熱變性沉澱和酸鹼變性沉澱）：多用於除去某些不耐熱的和在一定pH值下易變性的雜蛋白。
 ⑷等電點沉澱：用於氨基酸、蛋白質及其他兩性物質的沉澱，但此法單獨應用較少，多與其他方法結合使用。
 ⑸有機聚合物沉澱： 是發展較快的一種新方法， 主要使用PEG聚乙二醇（Polyethyene glycol）作為沉澱劑。

 2.3.1.1 中性鹽沉澱（鹽析法）
 在溶液中加入中性鹽使生物大分子沉澱析出的過程稱為「鹽析」。除了蛋白質和酶以外，多肽、多糖和核酸等都可以用鹽析法進行沉澱分離。
 鹽析法應用最廣的還是在蛋白質領域，已有八十多年的歷史，其突出的優點是：
 ①成本低，不需要特別昂貴的設備。
 ②操作簡單、安全。
 ③對許多生物活性物質具有穩定作用。

 ⑴ 中性鹽沉澱蛋白質的基本原理
 蛋白質和酶均易溶於水，因為該分子的－COOH、－NH2和－OH都是親水基團，這些基團與極性水分子相互作用形成水化層，包圍於蛋白質分子周圍形成1nm～100nm顆粒的親水膠體，削弱了蛋白質分子之間的作用力，蛋白質分子表面極性基團越多，水化層越厚，蛋白質分子與溶劑分子之間的親和力越大，因而溶解度也越大。親水膠體在水中的穩定因素有兩個：即電荷和水膜。因為中性鹽的親水性大於蛋白質和酶分子的親水性，所以加入大量中性鹽後，奪走了水分子，破壞了水膜，暴露出疏水區域，同時又中和了電荷，破壞了親水膠體，蛋白質分子即形成沉澱。鹽析示意圖如下頁「圖 4」所示。

 ⑵ 中性鹽的選擇
 常用的中性鹽中最重要的是（NH4）2SO4，因為它與其他常用鹽類相比有十分突出的優點：
 1) 溶解度大：尤其是在低溫時仍有相當高的溶解度，這是其他鹽類所不具備的。由於酶和各種蛋白質通常是在低溫下穩定，因而鹽析操作也要求在低溫下（0～4℃）進行。由下表可以看到， 硫銨在0℃時的溶解度，遠遠高於其它鹽類：
 表2-1 幾種鹽在不同溫度下的溶解度（克/100毫升水）
 0℃ 20℃ 80℃ 100 ℃
（NH4)2SO4 70.6 75.4 95.3 103
 Na2SO4 4.9 18.9 43.3 42.2
 NaH2PO4 1.6 7.8 93.8 101






 2) 分離效果好：有的提取液加入適量硫酸銨
鹽析，一步就可以除去75％的雜蛋白，純
度提高了四倍。
 3) 不易引起變性，有穩定酶與蛋白質結構的
作用。有的酶或蛋白質用2～3mol/L濃度的
（NH4）2SO4保存可達數年之久。
 4) 價格便宜，廢液不污染環境。

 ⑶ 鹽析的操作方法
 最常用的是固體硫酸銨加入法。將其研成細粉，在攪拌下緩慢均勻少量多次地加入，接近計劃飽和度時，加鹽的速度更要慢一些，盡量避免局部硫酸銨濃度過大而造成不應有的蛋白質沉澱。鹽析後要在冰浴中放置一段時間，待沉澱完全後再離心與過濾。
 在低濃度硫酸銨中鹽析可採用離心分離，高濃度硫酸銨常用過濾方法。
 各種飽和度下需加固體硫酸銨的量可由附錄中查出。

 ⑷ 鹽析曲線的製作
 如果要分離一種新的蛋白質和酶，沒有文獻數據可以借鑒，則應先確定沉澱該物質的硫酸銨飽和度。具體操作方法如下(講義p39)：

蛋白質量(mg)或酶活力

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 硫銨飽
和度％

 ⑸鹽析的影響因素
 1) 蛋白質的濃度：高濃度的蛋白質用稍低的硫酸銨飽和度沉澱，若蛋白質濃度過高，易產生各種蛋白質的共沉澱作用。低濃度的蛋白質，共沉澱作用小，但回收率降低。較適中的蛋白質濃度是2.5％～3.0％，相當於25 mg/mL～30mg/mL。
 2) pH值對鹽析的影響：在等電點處溶解度小，pH值常選在該蛋白質的等電點附近。
 3) 溫度的影響：對於蛋白質、酶和多肽等生物大分子，在高離子強度溶液中，溫度升高，它們的溶解度反而減小。在低離子強度溶液或純水中蛋白質的溶解度大多數還是隨濃度升高而增加的。一般情況下，可在室溫下進行。但對於某些對溫度敏感的酶，要求在0℃～4℃下操作，以避免活力喪失。


 2.3.1.2 有機溶劑沉澱法
 ⑴基本原理
 有機溶劑對於許多蛋白質（酶）、核酸、多糖和小分子生化物質都能發生沉澱作用，是較早使用的沉澱方法之一。其原理主要是：
 ①降低水溶液的介電常數，向溶液中加入有機溶劑能降低溶液的介電常數，減小溶劑的極性，從而削弱了溶劑分子與蛋白質分子間的相互作用力，導致蛋白質溶解度降低而沉澱。
 ②由於使用的有機溶劑與水互溶，它們在溶解於水的同時從蛋白質分子周圍的水化層中奪走了水分子，破壞了蛋白質分子的水膜，因而發生沉澱作用。


 有機溶劑沉澱法的優點是：
 ①分辨能力比鹽析法高，即一種蛋白質或其他溶質只在一個比較窄的有機溶劑濃度范圍內沉澱。
 ②沉澱不用脫鹽，過濾比較容易（如有必要，可用透析袋脫有機溶劑）。因而在生化制備中有廣泛的應用。
 其缺點是對某些具有生物活性的大分子容易引起變性失活，操作需在低溫下進行。
 ⑵有機溶劑的選擇和濃度的計算
 用於生化制備的有機溶劑的選擇首先是要能與水互溶。沉澱蛋白質和酶常用的是乙醇、甲醇和丙酮。
 為了獲得沉澱而不著重於進行分離，可用溶液體積的倍數：如加入一倍、二倍、三倍原溶液體積的有機溶劑，來進行有機溶劑沉澱。

 ⑶有機溶劑沉澱的影響因素
 1) 溫度：多數生物大分子如蛋白質、酶和核酸在有機溶劑中對溫度特別敏感，溫度稍高就會引起變性，且有機溶劑與水混合時產生放熱反應，因此必須預冷，操作要在冰鹽浴中進行，加入有機溶劑時必須緩慢且不斷攪拌以免局部過濃。
 一般規律是溫度越低，得到的蛋白質活性越高。
 2) 樣品濃度：低濃度樣品回收率低，要使用比例更大的有機溶劑進行沉澱。高濃度樣品，可以節省有機溶劑，減少變性的危險，但雜蛋白的共沉澱作用大。
 通常使用5mg/mL～20mg/mL的蛋白質初濃度為宜。


 3) pH值：選擇在樣品穩定的pH值范圍內，通常是選在等電點附近，從而提高此沉澱法的分辨能力。
 4) 離子強度：鹽濃度太大或太小都有不利影響，通常鹽濃度以不超過5％為宜，使用乙醇的量也以不超過原蛋白質水溶液的2倍體積為宜，少量的中性鹽對蛋白質變性有良好的保護作用，但鹽濃度過高會增加蛋白質在水中的溶解度，降低了沉澱效果，通常是在低濃度緩沖液中沉澱蛋白質。
 沉澱所得的固體樣品，如果不是立即溶解進行下一步的分離，則應盡可能抽干沉澱，減少其中有機溶劑的含量，如若必要可以裝透析袋透析脫有機溶劑，以免影響樣品的生物活性。

 2.3.1.3 選擇性變性沉澱法
 這一方法是利用生物大分子與非目的生物大分子在物理化學性質等方面的差異，選擇一定的條件使雜蛋白等非目的物變性沉澱而得到分離提純。
 ⑴ 熱變性
 利用生物大分子對熱的穩定性不同，加熱升高溫度使非目的生物大分子變性沉澱而保留目的物在溶液中。
 ⑵ 表面活性劑和有機溶劑變性
 使那些對表面活性劑和有機溶劑敏感性強的雜蛋白變性沉澱。通常在冰浴或冷室中進行。
 ⑶ 選擇性酸鹼變性
 利用對pH值的穩定性不同而使雜蛋白變性沉澱。通常是在分離純化流程中附帶進行的分離純化步驟。

 2.3.1.4 等電點沉澱法
 利用具有不同等電點的兩性電解質，在達到電中性時溶解度最低，易發生沉澱，從而實現分離的方法。氨基酸、蛋白質、酶和核酸都是兩性電解質，可以利用此法進行初步的沉澱分離。
 由於許多蛋白質的等電點十分接近，而且帶有水膜的蛋白質等生物大分子仍有一定的溶解度，不能完全沉澱析出，因此，單獨使用此法解析度較低，因而此法常與鹽析法、有機溶劑沉澱法或其他沉澱劑一起配合使用，以提高沉澱能力和分離效果。
 此法主要用於在分離純化流程中去除雜蛋白，而不用於沉澱目的物。

 2.3.1.5 有機聚合物沉澱法
 有機聚合物是六十年代發展起來的一類重要的沉澱劑，最早應用於提純免疫球蛋白和沉澱一些細菌和病毒。近年來廣泛用於核酸和酶的純化。其中應用最多的是
「聚乙二醇」【HOCH2(CH2OCH2)nCH2OH (n ＞4)】( Polyethylene Glycol 簡寫為 PEG )，它的親水性強，溶干水和許多有機溶劑，對熱穩定，有廣泛圍的分子量，在生物大分子制備中，用的較多的是分子量為6000～20000的 PEG。
 本方法的優點是：
 ①操作條件溫和，不易引起生物大分子變性。
 ②沉澱效能高，使用很少量的P「EG即可以沉澱相當多
的生物大分子。
 ③沉澱後有機聚合物容易去除。

 2.3.2 透析
 自Thomas Graham 1861年發明透析方法至今已有一百多年。透析已成為生物化學實驗室最簡便最常用的分離純化技術之一。在生物大分子的制備過程中，除鹽、除少量有機溶劑、除去生物小分子雜質和濃縮樣品等都要用到透析的技術。
 透析只需要使用專用的半透膜即可完成。保留在透析袋內未透析出的樣品溶液稱為「保留液」，袋（膜）外的溶液稱為「滲出液」或「透析液」。截留分子量MwCO通常為1萬左右。
 用1％ BaCl2檢查(NH4)2SO4，用1％ AgNO3 檢查NaCl、KCl等。

 2.3.3 超濾
 超過濾即超濾，自20年代問世後，直至60年代以來發展迅速，很快由實驗室規模的分離手段發展成重要的工業單元操作技術。超濾現已成為一種重要的生化實驗技術，廣泛用於含有各種小分子溶質的各種生物大分子（如蛋白質、酶、核酸等）的濃縮、分離和純化。
 超濾是一種加壓膜分離技術，即在一定的壓力下，使小分子溶質和溶劑穿過一定孔徑的特製的薄膜，而使大分子溶質不能透過，留在膜的一邊，從而使大分子物質得到了部分的純化。

 超濾根據所加的操作壓力和所用膜的平均孔徑的不同，可分為微孔過濾、超濾和反滲透三種。
 微孔過濾所用的操作壓通常小於4×104Pa，膜的平均孔徑為500埃～14微米（1微米＝104埃），用於分離較大的微粒、細菌和污染物等。
 超濾所用操作壓為4×104Pa～7×105Pa，膜的平均孔徑為10—100埃，用於分離大分子溶質。
 反滲透所用的操作壓比超濾更大，常達到35×105Pa～140×105Pa，膜的平均孔徑最小，一般為10埃以下，用於分離小分子溶質，如海水脫鹽，制高純水等。

 超濾技術的優點是操作簡便，成本低廉，不需增加任何化學試劑，尤其是超濾技術的實驗條件溫和，與蒸發、冰凍乾燥相比沒有相的變化，而且不引起溫度、pH的變化，因而可以防止生物大分子的變性、失活和自溶。
 在生物大分子的制備技術中，超濾主要用於生物大分子的脫鹽、脫水和濃縮等。
 超濾法也有一定的局限性，它不能直接得到乾粉制劑。對於蛋白質溶液，一般只能得到10～50％的濃度。

 超濾技術的關鍵是膜。
 常用的膜是由乙酸纖維或硝酸纖維或此二者的混合物製成。近年來發展了非纖維型的各向異性膜，例如聚碸膜、聚碸醯胺膜和聚丙烯腈膜等。這種膜在pH 1～14都是穩定的，且能在90℃下正常工作。超濾膜通常是比較穩定的，能連續用1～2年。
 超濾膜的基本性能指標：水通量（cm3/(cm2•h)）；截留率（以百分率％表示）；化學物理穩定性（包括機械強度）等。
 超濾裝置由若干超濾組件構成。分為板框式、管式、螺旋卷式和中空纖維式四種主要類型。
 由於超濾法處理的液體多數是含有水溶性生物大分子、有機膠體、多糖及微生物等。這些物質極易粘附和沉積於膜表面上，造成嚴重的濃差極化和堵塞，這是超濾法最關鍵的問題，要克服濃差極化，通常可加大液體流量，加強湍流和加強攪拌。

 2.3.4 冰凍乾燥
 冰凍乾燥機是生化與分子生物學實驗室必備的儀器之一，因為大多數生物大分子分離純化後的最終產品多數是水溶液，要從水溶液中得到固體產品，最好的辦法就是冰凍乾燥

⑶ 滲析簡介

滲析，又稱為透析，是一種利用濃度差進行的高效膜分離技術。它基於半透膜的選擇透過性，能夠分離不同性質的溶質，尤其適用於去除溶膠中的小分子或離子雜質。這個過程依賴於溶質在濃度梯度驅動下，從高濃度一側通過半透膜向低濃度一側移動的特性。

在實際的滲析操作中，通量，即單位時間內透過膜的溶質分子數量，受到多個因素的影響。首先，膜的面積和厚度直接影響通量，面積越大，厚度越薄，通過的溶質越多。其次，溶質的濃度梯度越大，擴散速度越快，通量也就越高。擴散系數，受樣品粘度、溫度和膜孔徑大小影響，孔徑越小，擴散系數越低，但可能阻礙大分子的通過，而截留分子量(MWCO)則與膜孔徑有關，決定能被截留的分子大小。

滲析通常通過將膠體溶液置於由半透膜製成的滲析器中進行，外部則定期更換膠體的分散介質，如水，以實現膠體的純化。在特定情況下，如加入直流電場，可以增強小離子的擴散，這就是電滲析(electrodialysis)，它能進一步提升分離效率。

又稱透析。一種以濃度差為推動力的膜分離操作，利用膜對溶質的選擇透過性，實現不同性質溶質的分離。

⑷ 請問什麼是透析袋

透析是利用半透膜的選擇性在溶液里分離大分子和小分子的一種分離技術，常常用於除去蛋白或核酸樣品中的鹽、變性劑、還原劑之類的小分子雜質，有時也用於置換樣品緩沖液。樣品在膜的一邊，緩沖液在另一邊，小分子即向兩邊擴散直到平衡透析是利用半透膜的選擇性在溶液里分離大分子和小分子的一種分離技術，常常用於除去蛋白或核酸樣品中的鹽、變性劑、還原劑之類的小分子雜質，有時也用於置換樣品緩沖液。樣品在膜的一邊，緩沖液在另一邊，小分子即向兩邊擴散直到平衡,而大分子則由於半透膜的阻攔而留在一端，通過不斷更換緩沖液，即可將樣品中要除掉的小分子稀釋到足夠低的濃度。該技術自五十年代發展流行起來，主要使用半透膜製成的透析袋作為工具，一直存在透析時間長、樣品回收率不高、無法處理微量樣品的難題。如今Pierce公司推出三種不同的透析工具有效解決了部分問題.
這是專為10到100微升的微量樣品透析而設計的。把樣品加在平底的透析管（類似小量提質粒的離心純化柱Mini Spin，可以插入1.5毫升的離心管中，管底是半透膜)中，再插入特製的浮板（浮漂）中，置於緩沖液面10分鍾即完成透析。實驗表明，100微升pH2.8的IgG洗脫液在1升pH9.4的緩沖液中只需不到10分鍾即可平衡到pH9.4。如果在裝緩沖液的燒杯底加磁力棒攪拌則更能加速透析速度。這種方法有較高的回收率，能夠節約珍貴的樣品，並能節約時間，特別適合摸條件的預實驗。根據半透膜的孔徑和分子量截留值（分離范圍）可分為3種規格：3.5K MWCO、7K MWCO和10K MWCO。

⑸ 截留分子量1000的透析袋可以截留700的化合物嗎

這個很復難說，不是光看分子量制的，跟分子性質帶電量都有關系的哦。膜透析基本原理：透析是小分子可通過半透膜從高濃度一側擴散到低濃度一側直至膜兩側濃度達到平衡的簡單擴散過程。由於多孔膜有選擇性地允許小分子通過，而保留大分子，所以透析可以根據溶質大小起到分離作用。可通過調控透析條件使透析應用得到理想的結果。最佳截留分子量(MWCO)取決於具體的應用。由於透析膜由海綿狀交聯聚合物組成，代表膜孔徑的截留分子量（MWCO）是一個間接衡量膜分離性能的參數。更准確的說，膜的截留分子量可定義為截留率至為少90%的溶質的分子量。由於溶質的滲透特性取決於分子形狀、水合化程度、離子電荷和極性，我們建議選擇截留分子量是被截留物質的分子量的一半/或是將要透過的物質的最大分子量的兩倍。

⑹ 如何正確選擇實驗室透析的截留分子量（MWCO）

實驗室透析基於擴散原理，即小分子溶質通過半透性膜從高濃度溶液向低濃度溶液擴散，直到兩側滲透壓達到平衡。半透膜的選擇性特性使其允許小分子通過，而大分子則被阻隔。透析的效率可通過調整MWCO（分子量截留系數）來控制，以實現目標分子的分離。

實驗室透析的優勢主要體現在以下幾個方面：條件溫和，操作簡便，處理范圍廣泛，支持多種膜材質和不同的MWCO選擇。此外，成本較低，且使用一次性膜和裝置，便於清潔和使用。

透析在實驗室中有多種應用，例如：大分子純化，通過MWCO篩選特定分子大小；溶質組分的精準分離；pH調節和緩沖液置換，維持溶液穩定；電洗脫技術；蛋白濃縮；污染物清除，保持實驗環境清潔；脫鹽處理；以及結合研究，為科學研究提供有力工具。

選擇正確的MWCO至關重要。透析膜的孔徑等級，即MWCO，反映了其截留性能。一般來說，推薦選擇膜的MWCO為欲截留物質分子量的一半，或者兩倍於需要透過物質的分子大小，以確保最理想的分離效果。同時，還要考慮溶質的分子形狀、水合度、離子電荷和極性等因素，以確保透析過程的精確性和有效性。

⑺ 超濾離心管如何選擇以及使用方法

超濾離心管在蛋白質、DNA和生物分子的濃縮、純化和脫鹽過程中被廣泛應用。選擇和使用超濾離心管時，需要理解其與微濾的區別。

微濾（Microfiltration）利用微孔膜介質去除溶液中尺寸為0.1 μm至10.0 μm的顆粒或生物體，廣泛應用於生物制葯預過濾和除菌過濾。微濾在細胞實驗中常用於樣品和培養基滅菌，以及從細胞裂解物中去除完整細胞和碎片，確保下游應用結果准確性。

超濾（Ultrafiltration）通過壓力或濃度梯度使料液通過半透膜進行分離，能截留尺寸范圍為1-1000kDa的分子，並允許鹽和水等小分子通過。它廣泛應用於蛋白質溶液的分離和純化，以及核酸樣品制備，如分子克隆和質粒純化。與沉澱法相比，超濾更為溫和，避免生物大分子失活。

超濾離心管是一種利用離心力驅動溶液通過超濾膜進行快速濃縮、滲濾和緩沖液置換的裝置，由蓋子、過濾裝置和離心管組成。通過選擇適合的膜孔徑，可進行除熱源、澄清和分離大分子污染物，或濃縮和脫鹽目標分子。

選擇超濾離心管時，需考慮樣品起始量及超濾膜的截留分子量（MWCO）。樣品體積決定離心管尺寸，而截留分子量則需根據目標大分子的分子量選擇，通常選擇比目標分子小2-3倍的膜。

使用超濾離心管涉及准備、加樣、離心和回收步驟。准備階段需沖洗設備以消除甘油殘留，然後在離心前加入適量純水或緩沖溶液。離心前確保離心機轉子平衡，以保持穩定。回收時，從過濾裝置或離心管中輕輕提取樣品，注意不要接觸或損壞超濾膜。

遵循上述步驟，正確選擇和使用超濾離心管，將有效實現蛋白質、DNA和生物分子的高效濃縮、純化和脫鹽，為科學研究和工業應用提供可靠支持。

⑻ 與化學產品的分離制備相比較，生物大分子的制備有什麼特點

2.1 概述 ? 在自然科學,尤其是生命科學高度發展的今天,蛋白質、酶和核酸等生物大分子的結構與功能的研究是探求生命奧秘的中心課題,而生物大分子結構與功能的研究,必須首先解決生物大分子的制備問題,有能夠達到足夠純度的生物大分子的制備工作為前題,結構與功能的研究就無從談起.然而生物大分子的分離純化與制備是一件十分細致而困難的工作. ? 與化學產品的分離制備相比較,生物大分子的制備有以下主要特點： ? ⑴生物材料的組成極其復雜,常常包含有數百種乃至幾千種化合物. ? ⑵許多生物大分子在生物材料中的含量極微,分離純化的步驟繁多,流程長. ? ⑶許多生物大分子一旦離開了生物體內的環境時就極易失活,因此分離過程中如何防止其失活,就是生物大分子提取制備最困難之處. ? ⑷生物大分子的制備幾乎都是在溶液中進行的,溫度、pH值、離子強度等各種參數對溶液中各種組成的綜合影響,很難准確估計和判斷. ? 生物大分子的制備通常可按以下步驟進行： ? ①確定要制備的生物大分子的目的和要求,是進行科研、開發還是要發現新的物質. ? ②建立相應的可靠的分析測定方法,這是制備生物大分子的關鍵. ? ③通過文獻調研和預備性實驗,掌握生物大分子目的產物的物理化學性質. ? ④生物材料的破碎和預處理. ? ⑤分離純化方案的選擇和探索,這是最困難的過程. ? ⑥生物大分子制備物的均一性（即純度）的鑒定,要求達到一維電泳一條帶,二維電泳一個點,或HPLC和毛細管電泳都是一個峰. ? ⑦產物的濃縮,乾燥和保存. ? ? 分析測定的方法主要有兩類： ? 即生物學和物理、化學的測定方法. ? 生物學的測定法主要有：酶的各種測活方法、蛋白質含量的各種測定法、免疫化學方法、放射性同位素示蹤法等； ? 物理、化學方法主要有：比色法、氣相色譜和液相色譜法、光譜法（紫外／可見、紅外和熒光等分光光度法）、電泳法、以及核磁共振等. ? 實際操作中盡可能多用儀器分析方法,以使分析測定更加快速、簡便. 要了解的生物大分子的物理、化學性質主要有： ? ①在水和各種有機溶劑中的溶解性. ? ②在不同溫度、pH 值和各種緩沖液中生物大分子的穩定性. ? ③固態時對溫度、含水量和凍干時的穩定性. ? ④各種物理性質：如分子的大小、穿膜的能力、帶電的情況、在電場中的行為、離心沉降的表現、在各種凝膠、樹脂等填料中的分配系數. ? ⑤其他化學性質：如對各種蛋白酶、水解酶的穩定性和對各種化學試劑的穩定性. ? ⑥對其他生物分子的特殊親和力. ? 制備生物大分子的分離純化方法多種多樣,主要是利用它們之間特異性的差異,如分子的大小、形狀、酸鹼性、溶解性、溶解度、極性、電荷和與其他分子的親和性等. ? 各種方法的基本原理可以歸納為兩個方面： ? ①利用混合物中幾個組分分配系數的差異,把它們分配到兩個或幾個相中,如鹽析、有機溶劑沉澱、層析和結晶等； ? ②將混合物置於某一物相（大多數是液相）中,通過物理力場的作用,使各組分分配於不同的區域,從而達到分離的目的,如電泳、離心、超濾等. ? 目前純化蛋白質等生物大分子的關鍵技術是電泳、層析和高速與超速離心. ? 2.2 生物大分子制備的前處理 ? 2.2.1 生物材料的選擇 ? 制備生物大分子,首先要選擇適當的生物材料.材料的來源無非是動物、植物和微生物及其代謝產物. ? 選擇的材料應含量高、來源豐富、制備工藝簡單、成本低,盡可能保持新鮮,盡快加工處理. ? 動物組織要先除去結締組織、脂肪等非活性部分,絞碎後在適當的溶劑中提取,如果所要求的成分在細胞內,則要先破碎細胞. ? 植物要先去殼、除脂. ? 微生物材料要及時將菌體與發酵液分開. ? 生物材料如暫不提取,應冰凍保存.動物材料則需深度冷凍保存. ? 2.2.2 細胞的破碎 ? 不同的生物體或同一生物體的不同部位的組織,其細胞破碎的難易不一,使用的方法也不相同,如動物臟器的細胞膜較脆弱,容易破碎,植物和微生物由於具有較堅固的纖維素、半纖維素組成的細胞壁,要採取專門的細胞破碎方法. ? (1)機械法： ? 1) 研磨：將剪碎的動物組織置於研缽或勻漿器中,加入少量石英砂研磨或勻漿. ? 2) 組織搗碎器：這是一種較劇烈的破碎細胞的方法,通常可先用家用食品加工機將組織打碎,然後再用10000r/min～20000r/min的內刀式組織搗碎機(即高速分散器)將組織的細胞打碎. ? (2)物理法： ? 1) 反復凍融法：將待破碎的細胞冷至－15℃到－20℃,然後放於室溫(或40℃)迅速融化,如此反復凍融多次,由於細胞內形成冰粒使剩餘胞液的鹽濃度增高而引起細胞溶脹破碎. ? 2) 超聲波處理法：此法是藉助超聲波的振動力破碎細胞壁和細胞器.破碎微生物細菌和酵母菌時,時間要長一些. ? 3) 壓榨法：這是一種溫和的、徹底破碎細胞的方法.在1000×105Pa～2000×105Pa 的高壓下使細胞懸液通過一個小孔突然釋放至常壓,細胞將徹底破碎. ? 4) 冷熱交替法：從細菌或病毒中提取蛋白質和核酸時可用此法.在90℃左右維持數分鍾,立即放入冰浴中使之冷卻,如此反復多次,絕大部分細胞可以被破碎. ? (3)化學與生物化學方法： ? 1) 自溶法：將新鮮的生物材料存放於一定的pH和適當的溫度下,細胞結構在自身所具有的各種水解酶（如蛋白酶和酯酶等）的作用下發生溶解,使細胞內含物釋放出來. ? 2) 溶脹法：細胞膜為天然的半透膜,在低滲溶液和低濃度的稀鹽溶液中,由於存在滲透壓差,溶劑分子大量進入細胞,將細胞膜脹破釋放出細胞內含物. ? 3) 酶解法：利用各種水解酶,如溶菌酶、纖維素酶、蝸牛酶和酯酶等,於37℃,pH8,處理15分鍾,可以專一性地將細胞壁分解. ? 4) 有機溶劑處理法：利用氯仿、甲苯、丙酮等脂溶性溶劑或SDS（十二烷基硫酸鈉）等表面活性劑處理細胞,可將細胞膜溶解,從而使細胞破裂,此法也可以與研磨法聯合使用. ? ? 2.2.3 生物大分子的提取 ? 「提取」是在分離純化之前將經過預處理或破碎的細胞置於溶劑中,使被分離的生物大分子充分地釋放到溶劑中,並盡可能保持原來的天然狀態不丟失生物活性的過程. ? 影響提取的因素主要有： ? 目的產物在提取的溶劑中溶解度的大小； ? 由固相擴散到液相的難易； ? 溶劑的pH值和提取時間等. ? 通常： ? 極性物質易溶於極性溶劑,非極性物質易溶於非極性溶劑； ? 鹼性物質易溶於酸性溶劑,酸性物質易溶於鹼性溶劑； ? 溫度升高,溶解度加大； ? 遠離等電點的pH值,溶解度增加. ? 提取時所選擇的條件應有利於目的產物溶解度的增加和保持其生物活性. ? ⑴ 水溶液提取： ? 蛋白質和酶的提取一般以水溶液為主.稀鹽溶液和緩沖液對蛋白質的穩定性好,溶解度大,是提取蛋白質和酶最常用的溶劑.用水溶液提取生物大分子應注意的幾個主要影響因素是： ? 1) 鹽濃度（即離子強度）： ? 離子強度對生物大分子的溶解度有極大的影響,有些物質,如DNA-蛋白復合物,在高離子強度下溶解度增加. ? 絕大多數蛋白質和酶,在低離子強度的溶液中都有較大的溶解度,如在純水中加入少量中性鹽,蛋白質的溶解度比在純水時大大增加,稱為「鹽溶」現象.鹽溶現象的產生主要是少量離子的活動,減少了偶極分子之間極性基團的靜電吸引力,增加了溶質和溶劑分子間相互作用力的結果. ? 為了提高提取效率,有時需要降低或提高溶劑的極性.向水溶液中加入蔗糖或甘油可使其極性降低,增加離子強度（如加入KCl、NaCl、NH4Cl或(NH4)2SO4）可以增加溶液的極性. ? ? 2) pH值：蛋白質、酶與核酸的溶解度和穩定性與pH值有關.過酸、過鹼均應盡量避免,一般控制在pH=6～8范圍內,提取溶劑的pH應在蛋白質和酶的穩定范圍內,通常選擇偏離等電點的兩側. ? 3) 溫度：為防止變性和降解,制備具有活性的蛋白質和酶,提取時一般在0℃～5℃的低溫操作. ? 4) 防止蛋白酶或核酸酶的降解作用：加入抑制劑或調節提取液的pH、離子強度或極性等方法使相應的水解酶失去活性,防止它們對欲提純的蛋白質、酶及核酸的降解作用. ? 5) 攪拌與氧化：攪拌能促使被提取物的溶解,一般採用溫和攪拌為宜,速度太快容易產生大量泡沫,增大了與空氣的接觸面,會引起酶等物質的變性失活.因為一般蛋白質都含有相當數量的巰基,有些巰基常常是活性部位的必需基團,若提取液中有氧化劑或與空氣中的氧氣接觸過多都會使巰基氧化為分子內或分子間的二硫鍵,導致酶活性的喪失.在提取液中加入少量巰基乙醇或半胱氨酸以防止巰基氧化. ? ⑵ 有機溶劑提取 ? 一些和脂類結合比較牢固或分子中非極性側鏈較多的蛋白質和酶難溶於水、稀鹽、稀酸、或稀鹼中,常用不同比例的有機溶劑提取. ? 常用的有機溶劑有乙醇、丙酮、異丙醇、正丁酮等,這些溶劑可以與水互溶或部分互溶,同時具有親水性和親脂性. ? 有些蛋白質和酶既溶於稀酸、稀鹼,又能溶於含有一定比例的有機溶劑的水溶液中,在這種情況下,採用稀的有機溶液提取常常可以防止水解酶的破壞,並兼有除去雜質提高純化效果的作用. 例如,胰島素（見講義p36）. ? 2.3 生物大分子的分離純化 ? 由於生物體的組成成分是如此復雜,數千種乃至上萬種生物分子又處於同一體系中,因此不可能有一個適合於各類分子的固定的分離程序,但多數分離工作關鍵部分的基本手段是相同的. ? 為了避免盲目性,節省實驗探索時間,要認真參考和借鑒前人的經驗,少走彎路.常用的分離純化方法和技術有： ? 沉澱法（包括：鹽析、有機溶劑沉澱、選擇性沉澱等）、離心、吸附層析、凝膠過濾層析、離子交換層析、親和層析、快速制備型液相色譜以及等電聚焦制備電泳等.本章以介紹沉澱法為主. ? 2.3.1 沉澱法 ? 沉澱是溶液中的溶質由液相變成固相析出的過程.沉澱法（即溶解度法）操作簡便,成本低廉,不僅用於實驗室中,也用於某些生產目的的制備過程,是分離純化生物大分子,特別是制備蛋白質和酶時最常用的方法.通過沉澱,將目的生物大分子轉入固相沉澱或留在液相,而與雜質得到初步的分離. ? 其基本原理是根據不同物質在溶劑中的溶解度不同而達到分離的目的,不同溶解度的產生是由於溶質分子之間及溶質與溶劑分子之間親和力的差異而引起的,溶解度的大小與溶質和溶劑的化學性質及結構有關,溶劑組分的改變或加入某些沉澱劑以及改變溶液的pH值、離子強度和極性都會使溶質的溶解度產生明顯的改變. ? 在生物大分子制備中最常用的幾種沉澱方法是： ? ⑴中性鹽沉澱（鹽析法）：多用於各種蛋白質和酶的分離純化. ? ⑵有機溶劑沉澱：多用於蛋白質和酶、多糖、核酸以及生物小分子的分離純化. ? ⑶選擇性沉澱（熱變性沉澱和酸鹼變性沉澱）：多用於除去某些不耐熱的和在一定pH值下易變性的雜蛋白. ? ⑷等電點沉澱：用於氨基酸、蛋白質及其他兩性物質的沉澱,但此法單獨應用較少,多與其他方法結合使用. ? ⑸有機聚合物沉澱： 是發展較快的一種新方法, 主要使用PEG聚乙二醇（Polyethyene glycol）作為沉澱劑. ? 2.3.1.1 中性鹽沉澱（鹽析法） ? 在溶液中加入中性鹽使生物大分子沉澱析出的過程稱為「鹽析」.除了蛋白質和酶以外,多肽、多糖和核酸等都可以用鹽析法進行沉澱分離. ? 鹽析法應用最廣的還是在蛋白質領域,已有八十多年的歷史,其突出的優點是： ? ①成本低,不需要特別昂貴的設備. ? ②操作簡單、安全. ? ③對許多生物活性物質具有穩定作用. ? ⑴ 中性鹽沉澱蛋白質的基本原理 ? 蛋白質和酶均易溶於水,因為該分子的－COOH、－NH2和－OH都是親水基團,這些基團與極性水分子相互作用形成水化層,包圍於蛋白質分子周圍形成1nm～100nm顆粒的親水膠體,削弱了蛋白質分子之間的作用力,蛋白質分子表面極性基團越多,水化層越厚,蛋白質分子與溶劑分子之間的親和力越大,因而溶解度也越大.親水膠體在水中的穩定因素有兩個：即電荷和水膜.因為中性鹽的親水性大於蛋白質和酶分子的親水性,所以加入大量中性鹽後,奪走了水分子,破壞了水膜,暴露出疏水區域,同時又中和了電荷,破壞了親水膠體,蛋白質分子即形成沉澱.鹽析示意圖如下頁「圖 4」所示. ? ⑵ 中性鹽的選擇 ? 常用的中性鹽中最重要的是（NH4）2SO4,因為它與其他常用鹽類相比有十分突出的優點： ? 1) 溶解度大：尤其是在低溫時仍有相當高的溶解度,這是其他鹽類所不具備的.由於酶和各種蛋白質通常是在低溫下穩定,因而鹽析操作也要求在低溫下（0～4℃）進行.由下表可以看到, 硫銨在0℃時的溶解度,遠遠高於其它鹽類： ? 表2-1 幾種鹽在不同溫度下的溶解度（克/100毫升水） ? 0℃ 20℃ 80℃ 100 ℃ （NH4)2SO4 70.6 75.4 95.3 103 ? Na2SO4 4.9 18.9 43.3 42.2 ? NaH2PO4 1.6 7.8 93.8 101 ? ? ? ? ? 2) 分離效果好：有的提取液加入適量硫酸銨 鹽析,一步就可以除去75％的雜蛋白,純 度提高了四倍. ? 3) 不易引起變性,有穩定酶與蛋白質結構的 作用.有的酶或蛋白質用2～3mol/L濃度的 （NH4）2SO4保存可達數年之久. ? 4) 價格便宜,廢液不污染環境. ? ⑶ 鹽析的操作方法 ? 最常用的是固體硫酸銨加入法.將其研成細粉,在攪拌下緩慢均勻少量多次地加入,接近計劃飽和度時,加鹽的速度更要慢一些,盡量避免局部硫酸銨濃度過大而造成不應有的蛋白質沉澱.鹽析後要在冰浴中放置一段時間,待沉澱完全後再離心與過濾. ? 在低濃度硫酸銨中鹽析可採用離心分離,高濃度硫酸銨常用過濾方法. ? 各種飽和度下需加固體硫酸銨的量可由附錄中查出. ? ⑷ 鹽析曲線的製作 ? 如果要分離一種新的蛋白質和酶,沒有文獻數據可以借鑒,則應先確定沉澱該物質的硫酸銨飽和度.具體操作方法如下(講義p39)： 蛋白質量(mg)或酶活力 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 硫銨飽 和度％ ? ⑸鹽析的影響因素 ? 1) 蛋白質的濃度：高濃度的蛋白質用稍低的硫酸銨飽和度沉澱,若蛋白質濃度過高,易產生各種蛋白質的共沉澱作用.低濃度的蛋白質,共沉澱作用小,但回收率降低.較適中的蛋白質濃度是2.5％～3.0％,相當於25 mg/mL～30mg/mL. ? 2) pH值對鹽析的影響：在等電點處溶解度小,pH值常選在該蛋白質的等電點附近. ? 3) 溫度的影響：對於蛋白質、酶和多肽等生物大分子,在高離子強度溶液中,溫度升高,它們的溶解度反而減小.在低離子強度溶液或純水中蛋白質的溶解度大多數還是隨濃度升高而增加的.一般情況下,可在室溫下進行.但對於某些對溫度敏感的酶,要求在0℃～4℃下操作,以避免活力喪失. ? ? 2.3.1.2 有機溶劑沉澱法 ? ⑴基本原理 ? 有機溶劑對於許多蛋白質（酶）、核酸、多糖和小分子生化物質都能發生沉澱作用,是較早使用的沉澱方法之一.其原理主要是： ? ①降低水溶液的介電常數,向溶液中加入有機溶劑能降低溶液的介電常數,減小溶劑的極性,從而削弱了溶劑分子與蛋白質分子間的相互作用力,導致蛋白質溶解度降低而沉澱. ? ②由於使用的有機溶劑與水互溶,它們在溶解於水的同時從蛋白質分子周圍的水化層中奪走了水分子,破壞了蛋白質分子的水膜,因而發生沉澱作用. ? ? 有機溶劑沉澱法的優點是： ? ①分辨能力比鹽析法高,即一種蛋白質或其他溶質只在一個比較窄的有機溶劑濃度范圍內沉澱. ? ②沉澱不用脫鹽,過濾比較容易（如有必要,可用透析袋脫有機溶劑）.因而在生化制備中有廣泛的應用. ? 其缺點是對某些具有生物活性的大分子容易引起變性失活,操作需在低溫下進行. ? ⑵有機溶劑的選擇和濃度的計算 ? 用於生化制備的有機溶劑的選擇首先是要能與水互溶.沉澱蛋白質和酶常用的是乙醇、甲醇和丙酮. ? 為了獲得沉澱而不著重於進行分離,可用溶液體積的倍數：如加入一倍、二倍、三倍原溶液體積的有機溶劑,來進行有機溶劑沉澱. ? ⑶有機溶劑沉澱的影響因素 ? 1) 溫度：多數生物大分子如蛋白質、酶和核酸在有機溶劑中對溫度特別敏感,溫度稍高就會引起變性,且有機溶劑與水混合時產生放熱反應,因此必須預冷,操作要在冰鹽浴中進行,加入有機溶劑時必須緩慢且不斷攪拌以免局部過濃. ? 一般規律是溫度越低,得到的蛋白質活性越高. ? 2) 樣品濃度：低濃度樣品回收率低,要使用比例更大的有機溶劑進行沉澱.高濃度樣品,可以節省有機溶劑,減少變性的危險,但雜蛋白的共沉澱作用大. ? 通常使用5mg/mL～20mg/mL的蛋白質初濃度為宜. ? ? 3) pH值：選擇在樣品穩定的pH值范圍內,通常是選在等電點附近,從而提高此沉澱法的分辨能力. ? 4) 離子強度：鹽濃度太大或太小都有不利影響,通常鹽濃度以不超過5％為宜,使用乙醇的量也以不超過原蛋白質水溶液的2倍體積為宜,少量的中性鹽對蛋白質變性有良好的保護作用,但鹽濃度過高會增加蛋白質在水中的溶解度,降低了沉澱效果,通常是在低濃度緩沖液中沉澱蛋白質. ? 沉澱所得的固體樣品,如果不是立即溶解進行下一步的分離,則應盡可能抽干沉澱,減少其中有機溶劑的含量,如若必要可以裝透析袋透析脫有機溶劑,以免影響樣品的生物活性. ? 2.3.1.3 選擇性變性沉澱法 ? 這一方法是利用生物大分子與非目的生物大分子在物理化學性質等方面的差異,選擇一定的條件使雜蛋白等非目的物變性沉澱而得到分離提純. ? ⑴ 熱變性 ? 利用生物大分子對熱的穩定性不同,加熱升高溫度使非目的生物大分子變性沉澱而保留目的物在溶液中. ? ⑵ 表面活性劑和有機溶劑變性 ? 使那些對表面活性劑和有機溶劑敏感性強的雜蛋白變性沉澱.通常在冰浴或冷室中進行. ? ⑶ 選擇性酸鹼變性 ? 利用對pH值的穩定性不同而使雜蛋白變性沉澱.通常是在分離純化流程中附帶進行的分離純化步驟. ? 2.3.1.4 等電點沉澱法 ? 利用具有不同等電點的兩性電解質,在達到電中性時溶解度最低,易發生沉澱,從而實現分離的方法.氨基酸、蛋白質、酶和核酸都是兩性電解質,可以利用此法進行初步的沉澱分離. ? 由於許多蛋白質的等電點十分接近,而且帶有水膜的蛋白質等生物大分子仍有一定的溶解度,不能完全沉澱析出,因此,單獨使用此法解析度較低,因而此法常與鹽析法、有機溶劑沉澱法或其他沉澱劑一起配合使用,以提高沉澱能力和分離效果. ? 此法主要用於在分離純化流程中去除雜蛋白,而不用於沉澱目的物. ? 2.3.1.5 有機聚合物沉澱法 ? 有機聚合物是六十年代發展起來的一類重要的沉澱劑,最早應用於提純免疫球蛋白和沉澱一些細菌和病毒.近年來廣泛用於核酸和酶的純化.其中應用最多的是 「聚乙二醇」【HOCH2(CH2OCH2)nCH2OH (n ＞4)】( Polyethylene Glycol 簡寫為 PEG ),它的親水性強,溶干水和許多有機溶劑,對熱穩定,有廣泛圍的分子量,在生物大分子制備中,用的較多的是分子量為6000～20000的 PEG. ? 本方法的優點是： ? ①操作條件溫和,不易引起生物大分子變性. ? ②沉澱效能高,使用很少量的P「EG即可以沉澱相當多 的生物大分子. ? ③沉澱後有機聚合物容易去除. ? 2.3.2 透析 ? 自Thomas Graham 1861年發明透析方法至今已有一百多年.透析已成為生物化學實驗室最簡便最常用的分離純化技術之一.在生物大分子的制備過程中,除鹽、除少量有機溶劑、除去生物小分子雜質和濃縮樣品等都要用到透析的技術. ? 透析只需要使用專用的半透膜即可完成.保留在透析袋內未透析出的樣品溶液稱為「保留液」,袋（膜）外的溶液稱為「滲出液」或「透析液」.截留分子量MwCO通常為1萬左右. ? 用1％ BaCl2檢查(NH4)2SO4,用1％ AgNO3 檢查NaCl、KCl等. ? 2.3.3 超濾 ? 超過濾即超濾,自20年代問世後,直至60年代以來發展迅速,很快由實驗室規模的分離手段發展成重要的工業單元操作技術.超濾現已成為一種重要的生化實驗技術,廣泛用於含有各種小分子溶質的各種生物大分子（如蛋白質、酶、核酸等）的濃縮、分離和純化. ? 超濾是一種加壓膜分離技術,即在一定的壓力下,使小分子溶質和溶劑穿過一定孔徑的特製的薄膜,而使大分子溶質不能透過,留在膜的一邊,從而使大分子物質得到了部分的純化. ? 超濾根據所加的操作壓力和所用膜的平均孔徑的不同,可分為微孔過濾、超濾和反滲透三種. ? 微孔過濾所用的操作壓通常小於4×104Pa,膜的平均孔徑為500埃～14微米（1微米＝104埃）,用於分離較大的微粒、細菌和污染物等. ? 超濾所用操作壓為4×104Pa～7×105Pa,膜的平均孔徑為10—100埃,用於分離大分子溶質. ? 反滲透所用的操作壓比超濾更大,常達到35×105Pa～140×105Pa,膜的平均孔徑最小,一般為10埃以下,用於分離小分子溶質,如海水脫鹽,制高純水等. ? 超濾技術的優點是操作簡便,成本低廉,不需增加任何化學試劑,尤其是超濾技術的實驗條件溫和,與蒸發、冰凍乾燥相比沒有相的變化,而且不引起溫度、pH的變化,因而可以防止生物大分子的變性、失活和自溶. ? 在生物大分子的制備技術中,超濾主要用於生物大分子的脫鹽、脫水和濃縮等. ? 超濾法也有一定的局限性,它不能直接得到乾粉制劑.對於蛋白質溶液,一般只能得到10～50％的濃度. ? 超濾技術的關鍵是膜. ? 常用的膜是由乙酸纖維或硝酸纖維或此二者的混合物製成.近年來發展了非纖維型的各向異性膜,例如聚碸膜、聚碸醯胺膜和聚丙烯腈膜等.這種膜在pH 1～14都是穩定的,且能在90℃下正常工作.超濾膜通常是比較穩定的,能連續用1～2年. ? 超濾膜的基本性能指標：水通量（cm3/(cm2?h)）；截留率（以百分率％表示）；化學物理穩定性（包括機械強度）等. ? 超濾裝置由若干超濾組件構成.分為板框式、管式、螺旋卷式和中空纖維式四種主要類型. ? 由於超濾法處理的液體多數是含有水溶性生物大分子、有機膠體、多糖及微生物等.這些物質極易粘附和沉積於膜表面上,造成嚴重的濃差極化和堵塞,這是超濾法最關鍵的問題,要克服濃差極化,通常可加大液體流量,加強湍流和加強攪拌. ? 2.3.4 冰凍乾燥 ? 冰凍乾燥機是生化與分子生物學實驗室必備的儀器之一,因為大多數生物大分子分離純化後的最終產品多數是水溶液,要從水溶液中得到固體產品,最好的辦法就是冰凍乾燥