第２１卷第４期
２０１１年８月 广东石油化工学院学报
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖ０Ｉ．２ｌ Ｎｏ．４
Ａｕｇ．２０１１
双水相萃取在生物技术中的应用
范芳
（广东石油化工学院化学与生命科学学院，广东茂名５２５０００）
摘要：双水相萃取技术是一项新的分离技术，因其具有独有的特点，应用越来越广泛，在生物技术领域中的应用最为普遍。 主要介绍了双水相的种类及应用特点，展示了近三年来双水相萃取技术在生物技术中的应用，最后探讨了双水相萃取技术 的应用前景。 关键词：双水相萃取；生物技术；应用 中图分类号：Ｑ８１９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１—６５９０（２０１１）０４—１３０２０—０４
０ 引言
在１８９６年，Ｂｅｉｊｅｒｏｎｃｋ将琼脂水溶液与可溶性淀粉或明胶水溶液混合，形成了互不相容的两相，从而双水
相萃取技术诞生。但双水相萃取技术真正应用是在２０世纪６０年代，１９５６年瑞典伦德大学的Ａｌｂｅｒｔｓｓｏｎ成功
地利用双水相体系分离叶绿素，这解决了蛋白质变性和沉淀的问题 。１９７９年德国Ｋｕｌａ等人将双水相萃取
分离技术应用于生物酶的分离，为以后双水相在应用生物蛋白质、酶分离纯化奠定了基础 。迄今，双水相
萃取技术成功应用于生物技术、药物提取、金属离子分离等方面，而在生物技术中的应用最为普遍。
１双水相的种类
双水相萃取中使用的双水相是由两种互补相容的高分子溶液或者互补相容的盐溶液和高分子溶液组
成。而最常见的就是聚乙二醇（ＰＥＧ）／葡聚糖（Ｄｅｘｔｒａｎ）和ＰＥＧ／无机盐（硫酸盐、磷酸盐等）体系。其它类型
如表１所示： 表１ 常见双水相萃取溶液体系的类型ｂ
除了表１所示外，还有被称为智能聚合物的双水相体系。智能聚合物又称刺激一响应型聚合物（ｓｔｉｍ． ｕｌｕｓ—ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅ ｐ０１）砌ｅｒｓ）或环境敏感聚合物（ｅｎｖｉｍ砌ｅｎ—ｔａｌｌｙ—ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ）…。智能聚合物是一种功能高分
双水相萃取技术
双水相体系简介( 双水相体系简介(Aqueous two phase
extraction, ATPE) )
早在1896年,Beijerinck发现,当明胶与琼脂或明 胶与可溶性淀粉溶液相混时,得到一个混浊不透明的 溶液，随之分为两相,上相富含明胶,下相富含琼脂 (或淀粉), 这种现象被称为聚合物的不相溶性
(incompatibility),从而产生了双水相体系 (Aqueous two phase
system,ATPS)。
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， 但萃取体系的性 质不同。当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 存在和环境的影响， 使其在上、下相中的浓度不同。 对于某一物质，只要选择合适的双水相体系，控制一 定的条件，就可以得到合适的分配系数，从而达到分 离纯化之目的。
双水相的形成双水相系统
PEG = 聚已二醇 Kpi = 磷酸钾 DX = 葡聚糖(dextran
双水相体系的分类 高聚物/高聚物双水相体系 高聚物/无机盐双水相体系 低分子有机物/无机盐双水相体系 表面活性剂双水相体系
双水相萃取体系的特点1) 整个体系的含水量高(70%~90%), 萃取是在接近生 物物质生理环境的条件下进行， 故而不会引起生物活
性物质失活或变性； 2) 单级分离提纯效率高。通过选择适当的双水相体系， 一般可获得较大的分配系数，也可调节被分离组分在两 相中的分配系数， 使目标产物有较高的收率； 3) 传质速率快， 分相时间短。双水相体系中两相的含 水量一般都在80%左右， 界面张力远低于水-有机溶剂 两相体系，故传质过程和平衡过程快速； 4) 操作条件温和， 所需设备简单。整个操作过程在室 温下进行，相分离过程非常温和，分相时间短。大量杂 质能与所有固体物质一起去掉，大大简化分离操作过程；
1
高等分离工程课程论文
双水相萃取技术的发展与应用 随着基因工程、蛋白质工程、细胞培养工程、代谢工程等高新生物技术研究工作的广泛展开，各种生化新产品不断涌现，对生化分离技术也提出了越来越高的要求。但由于大部分的生物产品原液是具有低浓度和生物活性的，对分离条件以及环境要求及其苛刻，使得传统的液液萃取已不能适应分离要求，因此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条件温和、可调节因素多、易于放大和操作，并可借助传统溶剂萃取的相关理论和经验，不存在有机溶剂残留问题，特别适用于生物物质的分离和提纯。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，被认为是生物工程中一种具有广阔应用前景的分离技术，在电化学生物传感器中生物活性分子的制备中至关重要。
1 双水相萃取的基本要点
1.1 双水相萃取的原理
双水相萃取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)的存在和环境的影响，使其在上、下相中的浓度不同。 对于某一物质， 2 只要选择合适的双水相体系，控制一定的条件，就可以得到合适的分配系数，从而达到分离纯化之目的。
将两种不同的水溶性聚合物的水溶液混合时，当聚合物浓度达到一定值，体系会自然的分成互不相溶的两相，这就是双水相体系。双水相体系的形成主要是由于高聚物之间的不相溶性，即高聚物分子的空间阻碍作用，相互无法渗透，不
能形成均一相，从而具有分离倾向，在一定条件下即可分为二相。一般认为只要两聚合物水溶液的憎水程度有所差异，混合时就可发生相分离，且憎水程度相差越大，相分离的倾向也就越大。
1.2 双水相的种类
双水相萃取中使用的双水相是由两种互不相溶的高分子溶液或者互不相溶的盐溶液和高分子溶液组成。最常见的就是聚乙二醇(PEG)/葡聚糖(Dextran)和PEG/无机盐(硫酸盐、磷酸盐等)体系,其次是聚合物/低分子量组分、离子液体体系和高分子电解质/高分子表面活性剂体系。此外,还有被称为智能聚合物的双水相体系,智能聚合物又称刺激-响应型聚合物(Stimulus-responsive polymers)或环境敏感聚合物(Environmentally-sensitive polymers)。智能聚合物是一种功能高分子材料,当外界环境(如温度、pH值、离子强度、外加试剂、光、电场或磁场等)发生微小变化时,聚合物分子的微观结构会发生快速、可逆的转变,使其从亲水性变为疏水性。智能聚合物的双水相体系有:温度敏感型双水相体系、酸度敏感型双水相体系、光响应型双水相体系、亲和功能双水相体系。
双水相萃取技术
( two-aqueous phase extractio)n
一、 前言
近年来，随着 基因工程、蛋白质工程、细胞培养工程、代谢工程 等高新生物 技术研究工作的广泛展开， 各种高附加值的生化新产品不断涌现， 对生化分离技 术也提出了越来越高的要求。 与上游过程相比， 目前作为下游过程的生化分离纯 化技术往往存在步骤多，收得率低，处理时间长，重复性差等缺点，这样便严重 阻碍了生物技术的工业化发展。因此，就迫切需要一种分离步骤少，收得率高， 处理时间短， 并且易于放大的生化分离纯化技术， 双水相萃取技术就满足了这一 需要。特别是 基因工程技术 的发展，需要从细胞中提取高质量的遗传物质， 由于 细胞破碎后， 在溶液中存在大量的轻质细胞碎片， 给遗传物质的提取形成了很大 的干扰，通常通过离心分离和溶剂萃取难以得到高纯度高活性的遗传物质， 而通 过双水相初步提取， 可以使目标物和轻质碎片得到很好的分离， 且目标物的活性 几乎没有损失。因此双水相萃取技术得到了很大的重视，并且在近 20 年里取得 了较大的发展。
二、 发展史
双水相萃取技术又称之为水溶液两相分配技术( Partition of two aqueous phase
system)
1、1896 年， Beijernek 在琼脂和可溶性淀粉或明胶混合时，发现这种混合
溶液能较快地分为两层，他把这种现象称之为聚合物的“不相容性”
(in compatibility ) ---------- 体系的发现
2、 1956年瑞典伦得(Luhd)大学的Albertson发现双水相萃取技术可用于 蛋白质的选择分离，但目标蛋白同成相高聚物的分离是影响了其大规模工业应
用。 ------------------------ 发现可以用于分离提纯
3、 20世纪70年代中期西德的Kula和Kroner等人首先将双水相技术应用于
从细胞匀浆液中提取酶和蛋白质， 从而大大改善了胞内酶的提取过程， 提高了酶 的收得率。 ---------------------------- 利用于活性物质的提取
