抗体分离过程中的介质、方法和集成化研究

围绕抗体的经济高效分离，开展新型纤维素介质、分离方法和过程集成研究。针对天然纤维素原料的特点，采用离子液体直接溶解法，实现再生纤维素基质的绿色制备；探讨结晶致孔机理，有效扩增基质的内部孔道，引入纳米颗粒增强基质机械强度，改善微观结构，形成大孔纤维素"晶胶"； 结合计算机分子模拟技术，探讨功能配基－抗体间分子相互作用，辅助设计抗体分离的新型配基，调控配基结构和密度，形成抗体分离新方法；优化介质制备工艺，形成系列分离介质，分别用于固定床、扩张床和整体床；研究抗体分离新工艺，实现固定床、扩张床和整体床分离的优化组合，达到过程的高效集成，建立抗体分离纯化的新路线和新平台技术。在此基础上，形成介质工程-分离方法-过程工程的规律性认识，探索抗体分离中的核心因素，构建"目标导向"生物分离的理性设计新模式，并将成果推广到其它生物活性物质的分离中。

以抗体的高效分离为目标，以纤维素为基本原料，深入探讨了生物分离介质和分离方法的理性设计，开展了新型介质制备、蛋白质吸附、分离机制探讨、分子模拟设计、新型分离方法、抗体分离应用、过程集成化等研究，无论在新介质研制和分离机制研究方面，还是新方法建立和过程集成化，以及实际应用等方面，均获得了富有成效的结果。主要成果包括四个方面：第一，纤维素基质材料的制备新方法。建立了离子液体等环保溶剂直接溶解纤维素的方法，创新地引入“结晶致孔法”，制备了不同形式的层析基质，包括单分散微球、粒径分布的复合微球、超大孔的晶胶整体柱，具有过程简便绿色、基质性能稳定、孔径分布合理等优点，可分别用于固定床、扩张床和整体床的层析分离，并进行了制备放大研究。第二，抗体分离的新型介质及分离机制。针对混合模式层析分离抗体，分析了配基-抗体分子相互作用，揭示了混合模式分离过程的分子机制，结合实验筛选和计算机分子模拟，实现了配基的结构优化，设计和制备了7种新型混合模式介质、1种四肽介质和2种接枝型介质，具有抗体吸附容量高、选择性好、动态载量大的特点。第三，抗体分离的新方法和模型化。采用混合模式层析新方法，实现了多种来源料液的抗体高效分离，包括血液、乳液和卵黄来源的免疫球蛋白，哺乳动物细胞和小鼠腹水来源的单克隆抗体，均取得了良好的分离效果，过程简便，抗体纯度和收率高，同时建立了晶胶床柱内生物分子吸附的数学模型，以及扩张床内轴向分布的模型表征。第四，抗体分离的过程集成和过程放大。以混合模式层析为主，实现了扩张床、整体床和固定床的过程集成化，包括混合模式扩张床吸附、组合扩张床吸附、整体床和固定床集成、扩张床和固定床集成等，均取得了良好效果，充分体现了集成分离的优势。此外，开展了扩张床吸附和整体床分离的过程放大研究，相关介质和方法已在若干生物技术公司成功试用，为进一步推广应用打下了良好基础。本项目研究从基质制备到内部结构调控，从功能配基设计到分离方法优化，从抗体分离应用到过程集成优化，由点及面，层层递进，实现了介质工程—分离方法—过程工程的紧密结合，形成了具有自主知识产权的新方法和新技术，实现了生物分离介质和分离方法的新突破，为构建抗体分离新平台奠定了良好基础，所建立的相关研究方法可以推广到其它生物对象的分离过程。