双水相萃取技术研究现状及发展趋势
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双水相萃取技术研究进展郭晶晶【摘要】双水相萃取技术作为一种新型的分离技术日益受到重视,与传统的萃取及其他分离技术相比具有操作条件温和、处理量大等优点,从而使其能广泛应用于生物工程、药物分析等领域。
本文主要介绍了双水相萃取的工艺流程,综述了近年来双水相萃取技术在生物技术、医药学、离子分离等方面的应用,展望了双水相体系的应用前景。
%Aqueous two-phase extraction was a new separation technology.Owing to its characteristics of temperate condition, simple operation , big capacity and so on , it was widely applied in biological engineering , pharmaceutical analysis and other field engineering.The process of aqueous two -phase extraction technology was discussed , and the classification and application of aqueous two -phase extraction in biological technology , medicine and ion separation , etc, was described.Moreover , the prospect of aqueous two -phase extraction was also discussed.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2014(000)019【总页数】3页(P26-28)【关键词】生物技术;分离技术;双水相萃取【作者】郭晶晶【作者单位】诺安检测服务宁波有限公司,浙江宁波 315000【正文语种】中文【中图分类】TQ028.31896年Beijerineh最早发现了双水相萃取,1956年瑞典伦德大学的Albertsson[1]重新发现,1979年德国的Kula等[2]将双水相萃取分离技术应用于生物产品的分离。
双水相技术在植物有效成分分离中的应用进展[摘要]:双水相萃取(ATPE)技术是一种新型液—液萃取技术,已应用于植物中有效成分的分离。
本文阐述了双水相萃取技术的基本原理与特点,综述了近年来双水相萃取技术的相关应用进展,对双水相萃取技术存在的问题与发展前景进行了简要论述。
[关键词]:双水相萃取;分离;应用;1 引言双水相萃取是1896年Beijerinch最早发现的,1956年由瑞典伦德大学的Albertsson重新发现[1]。
1979年德国GBF的Kula等人将双水相萃取分离技术应用于生物产品分离[2]。
自20世纪80年代初期起,双水相萃取技术开始应用于工业生产,国内也开展了相关研究[3]。
由于双水相系统中的含水量高达70%一90%,不会造成生物活性物质的变性或失活,甚至还能起到稳定和保护生物活性的作用。
本文将就双水相萃取技术的原理,应用和发展前景作一简述。
2 双水相萃取的原理及特点2.1 双水相的形成双水相现象是当两种聚合物或一种聚合物与一种盐溶于同一溶剂时,由于聚合物之间或聚合物与盐之间的分子空间阻碍作用,无法相互渗透,当聚合物或无机盐浓度达到一定值时,就会分成不互溶的两相,因为使用的溶剂是水,所以称为双水相。
两种聚合物形成的双水相体系是由于高聚物的不相溶性产生的。
高聚物与无机盐形成的双水相体系的成相机理尚不十分清楚,但一般认为是高价盐的盐析作用,使高聚物和无机盐富集于两相中[4,5]。
2.2 双水相萃取的原理双水相萃取与水一有机相萃取的原理相似,都是依据物质在两相间的选择性分配,但萃取体系的性质不同。
当物质进人双水相体系后,由于表面性质、电荷作用和各种力(如憎水键、氢键和离子键等)的存在和环境因素的影响,使其在上、下相中的浓度不同。
分配系数K等于物质在两相的浓度比,由于各种物质的K值不同,可利用双水相萃取体系对物质进行分离[6]。
2.3 双水相萃取的特点[7]双水相体系萃取具有如下特点:(1)含水量高(70%-90%),是在接近生理环境的温度和体系中进行萃取。
双水相萃取体系在分离纯化芦荟活性成分中的应用研究一、本文概述芦荟作为一种具有丰富生物活性的天然植物,其内含的多种活性成分在医药、化妆品、食品等领域具有广泛的应用价值。
芦荟活性成分的提取和纯化一直是制约其深入应用的技术难题。
近年来,双水相萃取体系作为一种新型的分离纯化技术,在生物活性成分的提取分离中显示出独特的优势。
本研究旨在探讨双水相萃取体系在分离纯化芦荟活性成分中的应用,以期为芦荟资源的综合利用和产业发展提供理论支持和技术指导。
本文将首先介绍芦荟活性成分的种类及其生物活性,分析当前芦荟活性成分提取分离技术的现状和不足。
接着,详细介绍双水相萃取体系的基本原理、特点及其在生物活性成分提取分离中的应用现状。
以芦荟为原料,通过实验研究双水相萃取体系对芦荟活性成分的提取分离效果,包括萃取条件优化、萃取动力学、萃取机理等方面。
对双水相萃取体系在芦荟活性成分提取分离中的应用效果进行评估,并与传统提取方法进行对比,提出双水相萃取体系在芦荟活性成分分离纯化中的优势及局限性,展望其未来的应用前景。
本研究旨在通过双水相萃取体系的应用,提高芦荟活性成分的提取率和纯度,为芦荟资源的深度开发和应用提供新的技术手段,同时也为双水相萃取体系在天然产物分离纯化领域的拓展提供实践依据。
二、双水相萃取体系原理与特点双水相萃取体系(Aqueous Two-Phase Extraction, ATPE)是一种基于不同聚合物或盐类在水溶液中溶解度的差异,通过改变体系的组成和条件,使目标物质在两相之间分配不同的萃取技术。
这一技术自20世纪70年代问世以来,在生物分离纯化领域得到了广泛应用。
原理:双水相萃取体系的基本原理是利用两种高分子聚合物或一种高分子聚合物与一种盐类在水溶液中形成两个互不相溶的液相。
这两个液相的界面张力低,易于形成,且界面清晰。
当待分离的物质加入这个体系时,由于其在两个液相中的溶解度不同,会选择性地分配到一个液相中,从而实现物质的分离。
双水相萃取技术的研究及应用摘要:双水相萃取技术是一种高效温和的新分离技术,在生物制药、分析检测、稀有金属分析等方面均有应用,特别是在生物分离工业中,它与传统的萃取及其它分离技术相比具有操作条件温和、处理量大、易于连续操作等优点,从而使其能广泛应用于生物分离工程中。
本文简单介绍了双水相萃取技术及其原理、特点,综述了双水相体系在生物工程、药物分析和金属分离等方面的应用,展望了双水相体系的应用前景。
关键词:双水相萃取;分离提纯;生物物质;应用Research and application of aqueous two - phase system technique Abstract:Phasepartitioning technology is a kind of high efficient mild new separation technique in biological pharmacy, analysis, testing, rare metals analysis were used, especially in biological separation industry, it and the traditional extraction and other separation technology compared with mild conditions, large quantity of operation, easy for operation, which makes its advantages such as extensively applied in biological separation engineering. This article simply introduces phasepartitioning technology and its principle, characteristics, summarized the aqueous two-phase system in biological engineering, drug analysis and metal separation of application, and looks forward to the aqueous two-phase system application prospect.Keywords:aqueous two-phase extraction; separation and purification;biological material application1 引言双水相萃取技术是一种高效温和的新分离技术。
双水相萃取分离技术的研究进展及应用1 前言近年来,随着分离技术在生命科学、天然药物提纯及各类抗生素药物生产等方面应用的需求和发展,一种新型的液液分离技术—双水相萃取技术应运而生。
双水相萃取技术又称水溶液两相分配技术,是利用组分在两水相间分配的差异而进行组分的分离提纯的技术。
由于双水相萃取分离过程具有条件温和、可调节因素多、易于放大、可连续操作且不存在有机溶剂残留等优点,已被广泛用于生物物质的分离和提纯。
在1956年,瑞典的Albertsson 首次运用了双水相萃取技术来提取生物物质,开始对ATPS(双水相系统)进行比较系统的研究,测定了许多ATPS的相图,考察了蛋白质、核酸、病毒、细胞及细胞颗粒在ATPS中的分配行为,为发展双水相萃取技术打下了坚实的基础。
目前,双水相萃取技术已被广泛地应用于医药化学、细胞生物学、生物化工和食品工业等领域,是一项拥有广阔应用前景的新型分离技术。
本文将就双水相萃取技术的原理、应用和发展情况作一简述。
2 双水相萃取原理双水相萃取与水—有机相萃取的原理相似,都是依据物质在两相间的选择性分配。
当萃取体系的性质不同时,物质进入双水相体系后,由于表面性质、电荷作用和各种力(如憎水键、氢键和离子键等)的存在和环境因素的影响,使其在上、下相中的浓度不同。
溶质(包括蛋白质等大分子物质、稀有金属以及贵金属的络合物、中草药成分等)在双水相体系中服从Nernst[ 1]分配定律:K= C上/ C下(其中K为分配系数,C上和C下分别为被分离物质在上、下相的浓度)系统固定时,分配系数为一常数,与溶质的浓度无关。
当目标物质进入双水相体系后,在上相和下相间进行选择性分配,这种分配关系与常规的萃取分配关系相比,表现出更大或更小的分配系数。
如各种类型的细胞粒子、噬菌体的分配系数都大于100或者小于0101,因此为物质分离提供了可能。
水溶性两相的形成条件和定量关系常用相图来表示,以PEG/ Dextran体系的相图为例(图1[2 ] ),这两种聚合物都能与水无限混合,当它们的组成在图1曲线的上方时(用M点表示)体系就会分成两相,分别有不同的组成和密度,轻相(或称上相)组成用T点表示,重相(或称下相)组成用B表示。
《现代分离技术》课程论文双水相萃取技术研究现状及发展趋势刘现辉(河南工业大学化学化工学院化学1304,学号201313030415)摘要:双水相萃取技术(ATPE)是一种新型的用于提取、分离、纯化的技术,目前的研究证明双水相萃取已经应用于生物分子分离、污水处理、贵金属分离、生物合成、检测等方面,而且由于其本身的易于扩大,成本低、快速、高效等优势,应用前景会更加广阔。
本文介绍了双水相萃取技术的原理、特点,及其应用和发展方向,并对其进行展望。
关键词:双水相萃取技术;形成原理;应用;发展方向双水相萃取是1896年Beijerineh最早发现的,1956年由瑞典伦德大学的Albertsson重新发现。
1979年德国GBF的Kula等人将双水相萃取分离技术应用于生物产品分离。
双水相系统萃取的特点是分相时间短,易于操作,目标产物分配系数大,投资费用少,大多数形成双水相的高聚物可回收利用等。
由于双水相系统中的含水量高达70%~90%,不会造成生物活性物质的变性或失活, 甚至还能起到稳定和保护生物活性的作用, 因此双水相系统技术现在已经被广泛用于蛋白质、酶、核酸、病毒等生物产品的分离和纯化【1】。
1 双水相萃取技术的简介双水相萃取技术(Aqueous two-phase extraction,ATPE)是指把两种聚合物或一种聚合物与一种盐的水溶液混合在一起,由于聚合物与聚合物之间或聚合物与盐之间的不相溶性形成两相,是近年来引人注目,极有前途的新型分离技术。
被分离物质进入双水相体系后由于表面性质、电荷间作用和各种作用力(疏水键、氢键和离子键)等因素的影响,在两相间的分配系数不同,导致其在上下相的浓度不同达到分离目的。
常见的双水相体系主要有五类:聚合物/聚合物/水;高分子电解质/聚合物/水;高分子电解质/高分子电解质/水;聚合物/低分子量组分/水;聚合物/无机盐。
目前应用最广泛的的双水相体系是聚乙二醇/无机盐体系。
双水相萃取技术在生物制药中的应用摘要:在生物制药领域,双水相萃取技术的进步具有深远的意义,它的主要优点是能够有效地利用富集在环境中的盐和氨,同时还能降低生物制药的需求量。
在当前形势下,我国社会经济飞速发展,人民生活水平逐渐提高,对于医疗卫生服务要求也越来越严格,而作为一种高新技术产品,生物制药具有较好市场前景。
在生物制药领域,双水相萃取技术的核心技术和操作步骤具有极高的灵活性,并能广泛应用于各类生物制药的研究与开发。
研究结论指出,双水相萃取技术在生物制药领域的运用具有巨大的潜力和前景。
关键词:双水相萃取技术;生物制药;的应用1生物制药领域中双水相萃取技术的发展现状在生物制药行业,双水相萃取技术的进步速度极为惊人。
目前,该项技术已经被广泛应用于生物药品的制备过程中,并取得了不错的成效。
这种技术有助于增强生物制药的整体效益,进而增加其应用的实用性。
通过在生物制药中使用该项技术,不仅能够提升制药效率,还能保证药品质量。
双水相萃取技术代表了一种创新的手段,有助于减少生物制药过程中的药物剂量和生产成本。
该项技术在生物制药中的应用能够促进制药产业的进一步发展。
这一技术预计将为生物制药行业的未来发展提供稳固的支撑。
在生物制药行业中,双水相萃取技术的运用具有极高的重要性。
这种新技术可以使生物药品和化学制药之间进行有机结合。
这种技术有助于降低生物制药过程中的药物成本,进而增强生物制药的疗效。
双水相萃取方法不仅能降低生物制药的生产成本,还能增强其在医药领域的适用性。
目前该技术已经被广泛地运用于生物制药中。
应用这些技术预计将产生巨大的社会价值。
双水相萃取技术的进步预计将对生物制药领域的研究和生产产生显著影响。
该项技术主要是通过利用水作为溶剂来提取各种物质中所蕴含的有效成分,然后再将这些成分进行分离提纯之后得到最终产品。
这种技术有能力将众多生物融合,进而创造出更为丰富的生物医药产品。
这项技术可以有效地提高生产效率以及降低能耗,同时还能避免一些有毒物质被排放出来,减少污染。
《现代分离技术》课程论文双水相萃取技术研究现状及发展趋势刘现辉(河南工业大学化学化工学院化学1304,学号201313030415)摘要:双水相萃取技术(ATPE)是一种新型的用于提取、分离、纯化的技术,目前的研究证明双水相萃取已经应用于生物分子分离、污水处理、贵金属分离、生物合成、检测等方面,而且由于其本身的易于扩大,成本低、快速、高效等优势,应用前景会更加广阔。
本文介绍了双水相萃取技术的原理、特点,及其应用和发展方向,并对其进行展望。
关键词:双水相萃取技术;形成原理;应用;发展方向双水相萃取是1896年Beijerineh最早发现的,1956年由瑞典伦德大学的Albertsson重新发现。
1979年德国GBF的Kula等人将双水相萃取分离技术应用于生物产品分离。
双水相系统萃取的特点是分相时间短,易于操作,目标产物分配系数大,投资费用少,大多数形成双水相的高聚物可回收利用等。
由于双水相系统中的含水量高达70%~90%,不会造成生物活性物质的变性或失活, 甚至还能起到稳定和保护生物活性的作用, 因此双水相系统技术现在已经被广泛用于蛋白质、酶、核酸、病毒等生物产品的分离和纯化【1】。
1 双水相萃取技术的简介双水相萃取技术(Aqueous two-phase extraction,ATPE)是指把两种聚合物或一种聚合物与一种盐的水溶液混合在一起,由于聚合物与聚合物之间或聚合物与盐之间的不相溶性形成两相,是近年来引人注目,极有前途的新型分离技术。
被分离物质进入双水相体系后由于表面性质、电荷间作用和各种作用力(疏水键、氢键和离子键)等因素的影响,在两相间的分配系数不同,导致其在上下相的浓度不同达到分离目的。
常见的双水相体系主要有五类:聚合物/聚合物/水;高分子电解质/聚合物/水;高分子电解质/高分子电解质/水;聚合物/低分子量组分/水;聚合物/无机盐。
目前应用最广泛的的双水相体系是聚乙二醇/无机盐体系。
双水相体系萃取分离技术具有其独特的特点。
首先反应条件比较温和,因此对被分离物质不会起到破坏作用,特别适合对具有生物活性的物质进行分离提纯。
其次,双水相萃取技术操作方便,设备简单,并且能够直接与后续提纯工艺连接,不用进行特殊处理。
双水相萃取技术的回收率也比较高,如果选择的体系合适,能够达到百分之八九十以上,并且分离速度也十分迅速。
2 双水相萃取技术的基本原理双水相体系萃取分离原理是基于生物质在双水相体系中的选择性分配。
当生物物质进入双水相体系后,在上相和下相间进行选择性分配,这种分配关系与常规的萃取分配关系相比,表现出更大或更小的分配系数。
如各种类型的细胞粒子、噬菌体的分配系数都大于100 或者小于0.01。
其分配规律服从Nernst 分配定律,即k =ct /cb,式中ct、cb分别代表上相、下相中的溶质(分子或粒子)的浓度。
研究表明,在相体系固定时,预分离物质在相当大的浓度范围内,分配系数K为常数,与溶质的浓度无关,只取决于被分离物质本身的性质和特定的双水相体系的性质[2]。
根据2相平衡时化学位相等的原则,从Brownstedt 方程式求得分配系数K,即:式中 M- 物质分子量λ- 系统的表面特性系数k- 波尔兹曼常数T- 温度在实际单元操作中,由于无法固定整个双水相体系,也很难确切地知道被分离的原液含有多少其他物质,这些因素共同作用和影响,使整个体系变得相当复杂,因而目前尚没有定量的关联模型能预测整个体系的分配关系。
最佳的操作条件须依靠实验得到。
3 双水相萃取体系的特点双水相萃取成为新兴生物技术产业研究的热点,主要是该技术对于生物物质的分离和纯化表现出特有的优点和独有的技术优势【3,4】。
(1 ) 易于放大,各种参数可以按比例放大而产物收率并不降低。
Albertson 证明分配系数仅与分离体积有关,这是其他过程无法比拟的,这一点对于工业应用尤为有利;(2 ) 双水相系统之间的传质和平衡过程速度快,回收效率高,相对于某些分离过程来说,能耗较小,速度快。
如选择适当体系,回收率可达80%以上,提纯倍数可达2~20倍;(3 ) 易于进行连续化操作,设备简单,且可直接与后续提纯工序相连接,无需进行特殊处理;( 4 ) 双水相体系的相间张力大大低于有机溶剂与水相之间的相间张力,相分离条件温和,因而会保持绝大部分生物分子的活性,而且可直接用在发酵液中。
如潘杰等人用双水相技术直接从发酵液中将丙酰螺旋酶素与菌体分离、纯化【5】;(5 ) 影响双水相体系的因素比较复杂,从某种意义上说,可以采取多种手段来提高选择性或提高收率;( 6 ) 操作条件温和,整个操作过程在常温常压下进行;(7 ) 不存在有机溶剂残留问题,高聚物一般是不挥发性物质,因而操作环境对人体无害;(8 ) 亲和双水相萃取技术可以提高分配系数和萃取的专一性。
4 双水相萃取技术的工艺流程【6】主要由三部分构成: 目的产物的萃取,PEG 的循环,无机盐的循环。
4.1 目的产物的萃取原料匀浆液与PEG 和无机盐在萃取器中混合,然后进入分离器分相。
通过选择合适的双水相组成,一般使目标蛋白质分配到上相( PEG相),而细胞碎片、核酸、多糖和杂蛋白等分配到下相(富盐相)。
第二步萃取是将目标蛋白质转入富盐相,方法是在上相中加入盐,形成新的双水相体系,从而将蛋白质PEG分离,以利于使用超滤或透析将PEG回收利用和目的产物进一步加工处理。
4.2 PEG的循环在大规模ATPE 过程中,成相材料的回收和循环使用,不仅可以减少废水处理的费用,还可以节约化学试剂,降低成本。
PEG的回收有两种方法: ①加入盐使目标蛋白质转入富盐相来回收PEG;②将PEG相通过离子交换树脂,用洗脱剂先洗去PEG,再洗出蛋白质。
4.3 无机盐的循环将含无机盐相冷却,结晶,然后用离心机分离收集。
除此之外还有电渗析法、膜分离法回收盐类或除去PEG相的盐。
5 双水相萃取技术的应用及现状5.1 双水相萃取技术在生物技术中的应用双水相萃取技术最先应用的领域是生物产品的分离,目前,双水相萃取技术已应用于蛋白质、生物酶、菌体、细胞以及氨基酸、抗生素等生物小分子物质的分离、纯化。
刘杨等【7】以PEG/硫酸钠双水相体系,经一次萃取从钝顶螺旋藻( Spirulina platensis) 细胞破碎液中富集分离藻蓝蛋白。
结果表明,萃取最适宜的条件为12% PEG4000,15% Na2SO4,1% KCl,藻蓝蛋白收率为91.2%,分配系数达到8.01,分离因数达到6.33。
对于螺旋藻藻蓝蛋白的富集分离,双水相萃取法与传统的盐析沉淀法相比,具有节省操作时间、简化操作过程、降低能耗和成本以及易于工艺放大等优点。
5.2 双水相萃取技术在药物提取中的应用双水相萃取技术已经悄然渗透到药物成分的分离中,如萃取三七皂苷、四环素、橙皮苷、杜仲黄酮、灯盏花素、桃叶珊瑚甙、芦荟蒽醌、青霉素等。
高云涛等【8】研究了灯盏花素在丙醇-硫酸铵双水相体系中的分配行为,重点对双水相的形成、硫酸铵用量和初始pH值对分配比的影响进行了研究。
在盐水相、丙醇初始体积分别为10.0mL和4.0mL,硫酸铵用量为3.5g,初始pH 为4.08条件下,灯盏花素的最大分配比达107.5,相应的萃取率达97.7%。
在实验基础上建立了相应的“二元弱酸”分配模型。
5.3 双水相萃取技术在金属离子分离中的应用传统的金属离子溶剂萃取方法存在着溶剂污染环境、对人体有害、运行成本高、工艺复杂等缺点。
近年来,利用双水相技术萃取分离金属离子达到了较高的水平。
许虹【9】研究了在硫酸铵存在下,3,5-二溴水杨基荧光酮-乙醇体系萃取分离钨(Ⅵ)的行为。
实验表明,作为萃取溶剂的乙醇,既能萃取电中性的螯合物,又能萃取带电荷的螯合物。
在pH为1~6时,W(Ⅵ)均保持很高的萃取率。
控制一定的酸度,可以实现W(Ⅵ)与Fe(Ⅲ)、Cu(Ⅱ)、Co(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)、Zn(Ⅱ) 之间的分离。
5.4 双水相萃取与其它技术结合应用技术总是相通的,双水相萃取技术有其独有的优点,如能与其它技术结合应用,萃取分离效果更佳。
双水相萃取技术与超声波、微波、壳聚糖沉淀相结合应用的研究已经比较成熟,其中与超声波分离技术结合应用得最多。
翟素玲等【10】人将PEG/dextran 双水相体系耦合电泳初步探索了苯丙氨酸和色氨酸的分离。
周安存等【11】人集成C2H5OH/(NH4)2SO4按时双水相体系与微波提取分离石榴皮多酚,提取率达到18.33%,多酚在除提物中的含量75.36%。
5.5 双水相萃取技术的研究新进展目前,分离生物物质经常采用的双水相系统主要有2类:非离子型聚合物/水系统(最常用的为聚乙二醇/葡聚糖)和非离子型聚合物/无机盐/水系统(常用的如聚乙二醇/盐体系)。
原因在于此2类双水相系统采用的是无毒性的聚合物,且其多元醇、多元糖结构能够保证生物大分子的稳定性。
但在实际应用中,2类双水相系统各有弊端,非离子型聚合物/水系统能够保证生物活性物质的活性,且界面吸附少,但所用聚合物材料如葡聚糖成本较大,且体系黏度大,制约大规模的工业生产过程;相对于前者,非离子型聚合物/无机盐/水系统成本低,体系黏度小,但该系统会导致某些敏感生物活性物质失活,此外还会产生大量的高浓度盐废水。
因此,寻求新型双水相体系成为日后的主要研究方向。
目前,新型双水相体系的开发主要有廉价的双水相系统及其他新型功能双水相系统。
6 结论、现存问题与展望双水相萃取技术是近年来新发展起来的分离技术,所需设备简单、条件温和、易于操作,且可以获得较高的收率和较纯的有效成分,与常规的有机溶剂萃取技术相比较,最大的优势在于可保持生物物质的活性及构象,因此在生物技术、药物分析提取、金属分离等方面有着广阔的应用前景。
但是体系自身也存在的一定的缺陷,如双聚合物体系价格较高,限制了其在工业中大规模的应用; 体系的易乳化问题,导致萃取过程极不稳定,操作十分不方便,条件难以控制; 某些高聚合物双水相体系分相时间较长,大大降低了生产效率; 此外双水相萃取缺乏理论基础,目前的研究还停留在热力学模型的探索阶段。
因此,开发廉价双水相体系及后续层析纯化工艺,降低原料成本,采用新型亲和双水相萃取技术,提高分离效率将是双水相分离技术的主要发展方向。
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