分離技術:驅動合成生物學創(chuàng)新的關鍵引擎
2025-09-19
合成生物學是生物制造的 “設計師”,負責勾勒產物藍圖,那誰是 “提純師”,負責讓目標產物從一堆雜質中精準 “脫穎而出”呢?
合成生物學是一門融合生物學、工程學、計算機科學等多學科的前沿領域,旨在通過設計、構建和優(yōu)化生物系統(tǒng),創(chuàng)造出具有新功能的生物體或分子。它就像是對生命系統(tǒng)進行“編程”,讓細胞或微生物按照人類的預設指令工作。
陶瓷膜在合成生物學中的核心應用定位是 “發(fā)酵液預處理”,主要解決發(fā)酵液中菌體、懸浮顆粒與目標產物的初步分離問題,為后續(xù)純化工藝奠定基礎。
其核心應用場景包括:
菌體與懸浮固體去除:通過篩分截留作用,高效分離發(fā)酵液中的工程菌菌體(如大腸桿菌、酵母菌)及未溶解底物顆粒,避免后續(xù)工藝中菌體破碎導致的產物污染或設備堵塞,同時降低后續(xù)純化步驟的處理負荷;
發(fā)酵液澄清優(yōu)化:提升發(fā)酵液澄清度,減少后續(xù)膜分離或萃取工藝中的雜質干擾,尤其適用于高黏度、高固含量的發(fā)酵體系(如抗生素、酶制劑發(fā)酵液);
低溫濃縮保護:在對熱敏性產物(如益生菌、活性肽)的預處理中,可實現(xiàn)低溫條件下的初步濃縮,避免高溫對產物活性的破壞,為后續(xù)凍干、精制等工藝保留產物功能。
有機膜在合成生物學中的應用核心是 “產物精細分離與濃縮”,依據(jù)產物分子特性與工藝需求,通過不同類型的膜技術實現(xiàn)目標產物的提純與富集,覆蓋小分子到大分子產物的全范圍應用。
其核心應用場景可按功能分類:
大分子產物純化:通過超濾技術,分離合成生物學中的酶制劑、重組蛋白、多糖等大分子產物,去除發(fā)酵液中的小分子雜質(如殘留糖、氨基酸、小分子肽),提升產物純度,減少后續(xù)工藝的壓力;
小分子產物精制:利用納濾技術,實現(xiàn)抗生素、有機酸、生物基化學品等小分子產物的脫鹽與濃縮,去除體系中的無機鹽、低分子污染物,同時提升產物濃度,降低后續(xù)結晶、干燥工藝的能耗;
電驅動膜膜在合成生物學中的核心應用是 “離子型產物脫鹽與轉化”,主要針對氨基酸、有機酸、核苷酸等離子型目標產物,解決發(fā)酵液中鹽類雜質干擾問題,同時實現(xiàn)產物的化學形態(tài)轉化,滿足后續(xù)應用需求。
其核心應用場景包括:
離子型產物脫鹽:去除發(fā)酵液中因培養(yǎng)基、代謝過程產生的無機鹽(如硫酸鹽、氯化鹽),避免鹽類對產物結晶、純度檢測及后續(xù)應用的限制,提升產物品質;
產物形態(tài)轉化:通過離子選擇性遷移,將發(fā)酵液中以鹽形式存在的產物(如乳酸鈉、維C鈉)轉化為游離態(tài)產物(如游離乳酸、維C酸),在減少二次污染與廢水產生的同時還有堿的回收利用;
高鹽發(fā)酵液預處理:針對高鹽培養(yǎng)基的合成生物學體系,提前去除部分鹽分,降低后續(xù)膜分離或萃取工藝的鹽效應干擾,提升整體分離效率。
連續(xù)離子交換:合成生物學離子型產物的
深度精制補充
連續(xù)離子交換技術基于離子交換樹脂的吸附 - 洗脫原理,通過多柱串聯(lián)、連續(xù)運行的方式,實現(xiàn)離子型產物的深度純化與富集,是電滲析膜脫鹽后的關鍵精制環(huán)節(jié),尤其適用于合成生物學中高純度氨基酸、有機酸、核苷酸等產物的制備。
其核心應用場景與技術優(yōu)勢包括:
離子型產物深度純化:針對電滲析脫鹽后的氨基酸發(fā)酵液,連續(xù)離交技術可通過專用樹脂選擇性吸附目標產物,去除殘留的色素、小分子雜質及同分異構體,使產物純度從 90% 提升至 98% 以上。
低濃度產物富集:對合成生物學中低濃度(如 1%-3%)的有機酸發(fā)酵液,連續(xù)離交可實現(xiàn)產物的高效吸附與濃縮,將產物濃度提升至 10%-15%,減少后續(xù)有機膜濃縮的能耗與膜污染風險;
工藝效率優(yōu)化:相比傳統(tǒng)固定床離子交換的 “批次操作”,連續(xù)離交通過樹脂循環(huán)再生、連續(xù)進料 - 洗脫,使設備利用率提升 40% 以上,樹脂損耗降低 50~90%,且廢水排放量減少 50~70%,適配合成生物學規(guī)模化生產的效率需求。
綜合集成應用:合成生物學分離純化
的全流程優(yōu)化
單一膜技術難以覆蓋合成生物學復雜的分離需求。而同舟縱橫已經成為了利用壓力驅動膜技術、電驅動膜技術、連續(xù)離交技術和冷凍濃縮結晶技術這四大板塊為客戶提供一站式流體分離解決方案的綜合服務商。可以通過 “多膜協(xié)同 + 流體系統(tǒng)整合”,提供合成生物學分離純化的全流程解決方案。
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