专利名称：外压式中空纤维柱的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及生物技术领域，具体属于一种用于变性蛋白质复性的外压式中空纤维柱。
多种具有经济价值的蛋白质在自然界中或者含量很低，或者提取成本很高，因而目前应用基因工程技术获取蛋白质的研究进展很快。其中尤以大肠杆菌表达系统为重点研究对象，因为大肠杆菌遗传背景较为清楚，且作为表达载体的质粒较为丰富，细菌又容易生长，因此，大肠杆菌系统是表达外源蛋白质的一个有效体系。但以大肠杆菌为宿主的体系表达的外源蛋白质绝大多数是以包涵体形式存在，虽然包涵体内目的蛋白质比较纯，但此时一般以不可溶的无活性方式存在。为了得到有活性的目的蛋白质，要把包涵体用变性剂溶解，然后在一定条件下除去变性剂，得到有活性的蛋白质，也即变性蛋白质的复性。以往，变性蛋白质的复性是在透析袋内进行，或是大体积稀释以获得具生物活性的蛋白质，这种方式操作烦琐，时间长，活性产物得率低，且影响后续分离纯化，因而无法大规模生产。近年来出现的超滤方式，能适合从实验室到生产各个层次的不同需要，其中尤以采用中空纤维柱更为普遍。但如
图1-3所示，现有技术的中空纤维柱均为内压式，即中空纤维柱中超滤膜的选择功能层102设于中空纤维膜管10的内侧，由于丝状中空纤维膜管10的内径一般在1mm以下，因膜管太细，在这种内压式中空纤维柱中，随着复性蛋白溶液在膜管10内流动，变性剂浓度的降低较快，则不能正确复性的中间体在中空纤维膜管10内容易发生聚集，进而产生沉淀，从而堵塞中空纤维膜管，导致超滤效率下降，以及中空纤维柱的损坏。且现有中空纤维柱的环氧树脂隔离层6与中空纤维柱周壁成90°夹角，因而在上下顶端形成了死角，不利于容室内溶液的流动、进出。
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种在蛋白复性过程中能减少复性蛋白溶液在中空纤维膜管内流动时不能正确复性的各种中间体产生沉淀，而能使蛋白复性更充分完全的外压式中空纤维柱。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的
外压式中空纤维柱，其主要包括一管柱，该管柱含圆柱形容室，其上下壁中心位置上各设有一溶液出入口，容室内设有若干中空纤维膜管和二环氧树脂隔离层，其特征在于所述环氧树脂隔离层安装在容室的两端，容室分隔为上下废液/清洗液室和中间复性蛋白液室，在管柱的上下壁和上下环氧树脂隔离层之间的管柱周壁上各设有一废液/清洗液出入口，所述中空纤维膜管装设在二环氧树脂隔离层之间，并与上下废液/清洗液室连通；所述中空纤维膜管由一支持层及一功能选择层组成，其中，支持层在膜管的内侧，功能选择层在膜管的外侧。
上述的外压式中空纤维柱，其中所述上下环氧树脂隔离层呈漏斗状，其斗壁分别向容室内倾斜，使其与管柱内周壁形成一大于90°的倾角β；上述的外压式中空纤维柱，其中所述倾角β以110-135°为佳。
上述的外压式中空纤维柱，其中所述中空纤维膜管以与管柱中心轴平行的方式安装，并与环氧树脂隔离层交叉成钝角。
上述的外压式中空纤维柱，其中所述中空纤维膜管内径为0.3-0.5毫米，其分子截留值为MW 1000-50,000道尔顿(Dalton)。
上述的外压式中空纤维柱，其中所述中空纤维膜管的材质为聚砜材料。
本实用新型由于采取将中空纤维膜管中的支持层设于膜管的内侧，功能选择层置于膜管的外侧的设计，这样，在一定的压力作用下使复性蛋白溶液中的变性因素透滤流向膜管内，另外由于复性蛋白溶液在膜管外的复性蛋白液室内流动，由于膜管间隙空间比膜管内大得多，因此复性蛋白溶液内不会形成明显的变性剂等物质的浓度梯度，有利于蛋白质的充分复性，可大大减少在复性过程中形成的沉淀；同时，复性蛋白溶液从纤维膜管外流动，可降低操作压力，减少蛋白质在膜管上的吸附；此外，也有利于复性操作完成后蛋白溶液的完全放出，以及清洗时膜管上的沉淀蛋白可充分被洗出，从而达到提高蛋白的复性收率及使中空纤维柱较好地再生的效果。
同时，由于本实用新型容室的上下环氧树脂隔离层分别向容室内倾斜，使其与管柱内周壁形成一大于90°的钝角，因而可减少容室的死角，便于复性操作完成后蛋白溶液的放出，以及清洗时沉淀蛋白的充分洗出。
以下结合附图及附图给出的实施例对本实用新型作进一步说明
图1为现有技术内压式中空纤维柱的结构示意图；图2为
图1的A-A剖视图；图3为
图1中中空纤维膜管的局部放大示意图；图4为本实用新型外压式中空纤维柱的结构示意图；图5为图4的A-A剖视图；图6为图4中中空纤维膜管的局部放大示意图。
图4-6为本实用新型外压式中空纤维柱的结构示意图。
如图4所示为一有机玻璃材料制成的用于变性蛋白溶液复性的外压式中空纤维柱，包括一管柱100，其包括一圆柱形容室1，在柱的上下端壁中心部位对应处各开设一复性蛋白溶液出入口2、3；圆柱形容室1内上下端各设有一环氧树脂隔离层6、6’，将容室分隔为上下废液/清洗液室7、7’和中间的复性蛋白液室8。在上下废液/清洗液室7、7’的管柱周壁上各设有一废液/清洗液出入口4、5。所述2-5各出入口上均设有螺纹，可螺接各种输液管，各输液管上均设有相应的调节夹(图中未示出)。
该上下环氧树脂隔离层6、6’呈漏斗状，其斗壁分别向容室内倾斜，而使环氧树脂隔离层6、6’与柱壁形成的夹角为大于90°的钝角β，(图中所示为120°的夹角)从而可减少由于90°夹角形成死角所造成的不易清洗部位，或复性操作完成后复性蛋白溶液的完全放出。这样，更利于复性操作时复性蛋白溶液在容室内溶液通畅流动，也可使复性操作完成后容室的清洗更充分。
在复性蛋白液室8内，于二环氧树脂隔离层6、6’之间安装有极多根丝状中空纤维膜管10，它们是以与管柱中心轴平行的方式安装，其两端分别穿透并固定于上下环氧树脂隔离层6、6’上，并将上下废液/清洗液室7、7’连通，这些中空纤维膜管10并与环氧树脂隔离层6、6’交叉成钝角。图4-5所示，9为中空纤维膜管10之间的空隙。
如图6所示，中空纤维膜管10是一种由聚砜材料制成的极细的中空纤维丝，它由一支持层101及一功能选择层102组成，其中，支持层101在中空纤维膜管10的内侧，功能选择层102在中空纤维膜管10的外侧，即面向复性蛋白溶液的一侧。该膜管的分子截流值可为MW1,000-50,000Dalton，具体选用由蛋白质的分子量决定，膜材质具低蛋白吸附特性，化学稳定性较好。由于将中空纤维膜管10的支持层101设于其内侧，而将功能选择层102设于中空纤维膜管10的外侧，可造成复性蛋白溶液中的变性剂等小分子物质从膜管外9透滤流向膜管10内，而复性蛋白溶液中的蛋白质分子由于分子量较大则在丝状纤维膜管外的空隙9中流动，(如图3中箭头所示为现有技术中内压式中空纤维柱，复性蛋白溶液C在膜管10中流动；图6中箭头所示为本实用新型外压式中空纤维柱，复性蛋白溶液是在膜管外的间隙中流动，而废液B则在膜管10中双向流动。)这样，可使复性蛋白溶液中变性因素的除去通过调节夹得到较适当的控制，使复性蛋白溶液内不会形成明显的变性剂等物质的浓度梯度，有利于蛋白质的充分复性，可大大减少在复性过程中形成的沉淀；同时，复性蛋白溶液从纤维膜管外流动，可降低操作压力，减少蛋白质在膜管上的吸附；此外，也同样有利于复性操作完成后蛋白溶液的完全放出，以及清洗时膜管上的沉淀蛋白的充分被洗出，从而达到提高蛋白的复性收率及使中空纤维柱较好地再生的效果。
复性操作时，蛋白溶液在重力或泵的作用下从复性蛋白溶液出入口2进入复性蛋白液室8，充满室8，调节复性蛋白溶液出入口3及废液/清洗液出入口5和4处控制夹的松紧，可控制复性蛋白溶液中小分子变性剂透滤到中空纤维膜管10内的速度，从而可对不同蛋白质、不同复性阶段去除变性剂的速度进行有效控制。复性操作结束后，将复性蛋白溶液出入口3处的夹子拧紧，使复性蛋白溶液进行浓缩，从而可大大方便后续处理。当复性蛋白溶液浓缩到一定体积后，拧紧废液/清洗液出入口5、4处的夹子，放松复性蛋白溶液出入口3处的夹子，从复性蛋白溶液出入口2放出，然后由复性蛋白溶液出入口3压入一定体积的缓冲液对复性蛋白液室8进行洗涤，洗涤液从复性蛋白溶液出入口2放出并回收。
对上述已放出复性蛋白溶液的中空纤维柱100，关闭废液/清洗液出入口4，从废液/清洗液出入口5压入一定缓冲液，对粘附在中空纤维膜管10外侧、即功能选择层102上的蛋白冲洗后，由复性蛋白溶液出入口2放出回收。
对中空纤维柱容室1的清洗，可关闭废液/清洗液出入口5，从废液/清洗液出入口4泵入一定浓度的清洗液(如6N盐酸胍溶液、8M尿素溶液、2％SDS，及酸碱如1N NaOH、1N HCl等。)进行原位清洗或消毒；之后再用缓冲液清洗，清洗完毕后，通过拧紧各有关部位的调节夹，关闭2、3、5出入口，再由废液/清洗液出入口4压入一定量20％酒精溶液，在4-8℃条件下保存。
本实用新型外压式中空纤维柱，除如上所述可应用于包涵体蛋白质的复性操作外，还可应用于以下几方面
1.用于无用蛋白的复性无用蛋白指的是在包涵体蛋白质复性操作过程中产生的没有复性的、变性的、以聚集沉淀形式存在的蛋白质。
2.在蛋白质的化学修饰改造、蛋白质溶液体系的转换及蛋白质溶液的浓缩等方面也有巨大的应用潜力蛋白质的化学修饰改造是获得新型功能蛋白质的一种强有力的手段，比如胶原酶、IL-2、rhTPO等通过PEG修饰，既可以降低其免疫原性，又可以延长其在人体内的半衰期，从而大大增强了被修饰蛋白质的使用价值及适用范围。在蛋白质的化学修饰改造过程中，修饰剂的加入及除去均应得到一定的控制。
3.于酶反应器中的应用将本实用新型组合到水相或有机相的酶反应装置中，可取得酶与反应物及产物容易分离；酶、反应物与产物容易分离；酶反应可连续进行等效果。
权利要求1.外压式中空纤维柱，其主要包括一管柱，该管柱含圆柱形容室，其上下壁中心位置上各设有一溶液出入口，容室内装置有若干中空纤维膜管和二环氧树脂隔离层，其特征在于所述环氧树脂隔离层安装在容室的两端，并将容室分隔为上下废液/清洗液室和中间复性蛋白液室，在管柱的上下壁和上下环氧树脂隔离层之间的管柱周壁上各设有一废液/清洗液出入口，所述中空纤维膜管装设在二环氧树脂隔离层之间，并与上下废液/清洗液室连通；所述中空纤维膜管由一支持层及一功能选择层组成，其中，支持层在膜管的内侧，功能选择层在膜管的外侧。
2.根据权利要求1所述的外压式中空纤维柱，其特征在于所述上下环氧树脂隔离层呈漏斗状，其斗壁分别向容室内倾斜，使其与管柱内周壁形成一大于90°的倾角β；
3.根据权利要求1所述的外压式中空纤维柱，其特征在于所述倾角β为110-135°。
4.根据权利要求1所述的外压式中空纤维柱，其特征在于所述中空纤维膜管以与管柱中心轴平行的方式安装，并与环氧树脂隔离层交叉成钝角。
5.根据权利要求1所述的外压式中空纤维柱，其特征在于所述中空纤维膜管内径为0.3-0.5毫米，其分子截留值为1000-50,000道尔顿。
6.根据权利要求1所述的外压式中空纤维柱，其特征在于所述中空纤维膜管的材质为聚砜材料。
7.根据权利要求1所述的外压式中空纤维柱，其特征在于所述管柱是由有机玻璃制成的。
专利摘要一种外压式中空纤维柱,包括设有溶液出入口和废液/清洗液出入口的管柱,置于管柱容室两头的二环氧树脂隔离层将容室分隔为上下废液/清洗液室和中间复性蛋白液室,许多根中空纤维膜管置于二环氧树脂隔离层之间并将上下废液/清洗液室连通;中空纤维膜管由设于膜管内侧的支持层及设于膜管外侧的功能选择层组成;环氧树脂隔离层呈漏斗状,其斗壁分别向容室内倾斜,使其与管柱壁形成大于90°的钝角。
文档编号B01D63/02GK2377250SQ9920275
公开日2000年5月10日 申请日期1999年2月5日 优先权日1999年2月5日
发明者苏勇, 易进华 申请人:上海复旦张江生物医药有限公司