A. 气凝胶是什么算不算凝聚态物质
气凝胶属于固定,但因为密度极低,相当于气体的密度。
现在世界上最神奇的材料就是这个。
下面是一个新闻:
新浪科技讯 北京时间8月20日消息,据国外媒体报道,气凝胶是21世纪的一种新型神奇材料,它也是目前已知质量最轻的固体物质,也被称为“冷冻烟雾”(frozen smoke)。气凝胶不仅可以保护你的家园免于炸弹袭击、避免油井溢油的污染,甚至还能帮助人类飞向火星。
作为世界上最轻的固体,气凝胶可以经受住1公斤炸药爆炸产生的冲击力,还可以抵挡住高达1300摄氏度喷灯产生的热量。目前,科学家们正在开发气凝胶的新用途,将其用于下一代网球拍到火星探索宇航员的超级隔热太空服中。这项科研活动的重要性可媲美20世纪30年代发明的人造树胶、80年代发明的碳纤维以及90年代的硅树脂。美国西北大学的化学教授默科里-卡纳兹蒂斯说:“这真是一种神奇的材料。它的密度比人类目前所知的任何物质的密度都小,而功能却是如此强大。气凝胶的用途非常广泛,从过滤污水到隔绝酷热,甚至连珠宝行业中也用得着它。”
目前,科研人员们正在对气凝胶进行测试,以便在未来将其用于防弹住宅和军用车辆装甲中。在实验室里,一块涂有6毫米厚气凝胶的金属板就可以在炸药直接爆炸下毫发无损。在日常生活中,也随处可见气凝胶的身影。例如,邓禄普运动设备公司就已经研发出一系列由气凝胶加固的壁球和网球球拍,据称加固后的球拍发球的力度比普通球拍更为强大。今年上半年,现年66岁的诺丁汉人鲍勃-斯托克成了英国史上使用气凝胶进行房产隔热的第一人,他称:“气凝胶的隔热效果非常好,我将自动高温器调低了5度。这真是个不可思议的变化。”登山者也从气凝胶中受益匪浅。去年,登山运动员安妮-帕蒙特就穿着有气凝胶鞋垫的登山靴登上了珠穆朗玛峰,她的睡袋内也加有气凝胶材质的护垫,她说:“唯一的问题是我的脚感觉太热了,这是登山运动员面临的一大问题。”
尽管气凝胶被归为固体类,但它99%的组成成份是气体,这使得气凝胶呈云雾状。科学家们之所以这样说,是因为气凝胶有上百万个气孔和皱褶,而一旦一立方厘米气凝胶散开来,它将会充满一个足球场大小的空间。气凝胶中纳米大小的气孔不仅可以像海绵一样收集各种污染物质,还可以发挥气穴般的功效。研究人员们相信,一些由铂金制成的气凝胶变体还可以被用来加速氢的生产,这样一来,气凝胶就可被用来生产氢燃料。气凝胶还有一个昵称叫“冰冻烟雾”,这种物质是从硅石凝胶中萃取水分,然后用例如二氧化碳等进行替换,结果得到的物质既能够对抗超高温,又能够吸收天然石油等污染物。
作为世界上质量最轻的固体,气凝胶已经正式被列入吉尼斯世界纪录。这种新材料密度仅为每立方厘米3毫克(每升3克),是玻璃的千分之一。美国宇航局喷气推进实验室的琼斯博士研制出的新型气凝胶,主要由纯二氧化硅等组成。在制作过程中,液态硅化合物首先与能快速蒸发的液体溶剂混合,形成凝胶,然后将凝胶放在一种类似加压蒸煮器的仪器中干燥,并经过加热和降压,形成多孔海绵状结构。通过这种方法,琼斯博士最终获得的气凝胶,其空气比例占到了99.8%。气凝胶的这些特性在航天探测上有多种用途。在俄罗斯“和平”号空间站和美国“火星探路者”探测器上,都用到了气凝胶材料。
B. 树脂添加什么成分会干燥
可以试试气凝胶
C. “冻烟”,改变世界的神奇材料
它能隔绝1300℃的高温和零下130度的低温。还兼具绝佳的隔音、吸油、抗强压、疏水等神奇功能。不久的将来,这种新材料可能会改变人类生活的方方面面。
昨天,去一家生产新材料的高新技术企业考察,见到了这种闻所未闻的黑科技产品---“冻烟”,瞬间感觉大开眼界。
这种新材料的学名叫气凝胶。看上去呈云雾状,淡蓝色,所以又称为“固态烟”或者“冻结的烟雾”(简称“冻烟”)。专家说,“冻烟”是个非常形象的比喻,它反映出气凝胶的两个特点:一个是轻,另一个是固态。看似脆弱不堪,其实非常坚固耐用。它能承受烈性炸药的爆炸冲击波,还能隔绝1300℃的高温。
简单来说,气凝胶就是液态凝胶的一种变脸。我们生活中常见的液态凝胶很多,比如果冻和冷冻过的鱼汤就是典型的液态凝胶。而通过科学的方法将液态凝胶里的液体成分由气体取代,就形成了气凝胶。具体来说,就是从一种硅胶中抽去水分,然后注入二氧化碳等气体制成的。气凝胶是由连续的二氧化硅固态材料所形成。由于二氧化硅的填充体积只有1%或更低。使得这种材料的体积密度接近于空气。因此,它被称为世界上最轻的固体材料。尽管气凝胶被归类为固体,但其中99%的物质都是气体。科学家说,由于材料上有上百万个小孔和皱褶,如果把1立方厘米的气凝胶全部展开的话,可以覆盖一个标准的足球场。
气凝胶创下15项吉尼斯纪录,在热学、光学、电学、力学、声学领域均具备奇特的性能,被称为改变世界的神奇材料。“它所带来的影响不亚于上世纪30年代发明的酚醛树脂、80年代的碳纤维以及已经影响世界几十年的硅”。
早期,因为生产成本极高,气凝胶仅仅被应用于航天和军事领域。随着科研的进一步深入,气凝胶将逐步走进人们生活的各个角落。
比如,我们昨天所考察的企业,主要产品就是以气凝胶为主要成分的锂电池隔热板(层),可以有效防止锂电池爆炸引起的火灾,以及外部火灾引起的锂电池爆炸。
最近,国外一家公司研发了一款气凝胶材质的防寒外套,这款外套仅有3mm厚,却可以媲美40mm鸭绒外套的保温效果。为了显示这件外套惊人的特性,测试人员用零下196℃的液氮进行喷射。外套内部仍然能保持32℃的体温!一些登山爱好者也开始选用这种材料的登山设备。英国登山爱好者安妮·帕门特在攀登珠峰时所穿的靴子和所用的睡袋都填充了气凝胶材料。他说,“当时惟一的问题是我的脚太热了,对登山者来说反倒麻烦。”
因为气凝胶具有超强的隔音效果,它将以史上最轻隔音材料被用作飞机发动机内的隔音材料,可将喷气发动机起飞时105分贝的轰鸣声降低到近似吹风机的16分贝声音大小。
还有,因为气凝胶的超疏水性,(既荷叶效应,超级不沾水),它可以被应用于室外天线上防止积雪,以及远洋轮船上,达到防污、防腐的效果。
此外,用它建造的房屋能够在炸弹的爆炸中安然无恙。
气凝胶还可用于环保,处理一些环境灾祸。因为它表面的无数个小孔对吸收水中污染物是最理想的。所以,科学家把它称作“最佳海绵”。它可以吸附泄漏在海面上的原油,除去水中的铅和水银。同济大学一个研究小组还研究出一种气凝胶材料,用于海水的淡化,取得了良好的海水淡化效果。
专家介绍,目前国内一家烟草企业,已经着手研制含有气凝胶的香烟过滤嘴,可以很大程度上过滤香烟中的焦油,减轻焦油对人体的危害。
科技改变生活,相信在不久的将来,气凝胶,这“股”神奇的“冻烟”会逐步走进千家万户,给我们的生活带来更多美好的感受和惊喜!
D. 气凝胶防寒服是真的吗
气凝胶材料隔热性能确实好,在工业上隔热防火等领域气凝胶毡、气凝胶涂料等已大量应用,但气凝胶服装,最近两年才开始兴起,该类产品无可厚非就是服装保暖材料用气凝胶纤维或面料,代替原来的羽绒、鸭绒、棉等材料,作为行内人,我感觉挺扯的,气凝胶是纳米粉体,把气凝胶添加到纤维或泡沫里面,不可能添加太多,因为添加太多,就没强度了,典型的就是纯气凝胶很容易裂,无机气凝胶容易掉粉。
我们知道隔热好需要纳米孔结构,但在基体中星星点点的有一些纳米颗粒,对隔热有啥贡献,实在想不出来,况且纤维和纤维复合做成絮材或面料,本身就是微米或毫米级的孔,加一点纳米粉,更没有意义了,所以也就吵吵概念罢了。
E. 世界十大新材料之首:气凝胶,可在火星建居民楼,也可制成火星服
你们有幻想过移民火星么?
火星在太阳系里是最像地球的行星,不但有大气层还有水的存在。因此人们对它寄予厚望,期待在未来能够实现移民火星的计划。
但是火星的环境只是相对其它天体来说较好,跟地球比起来还差了许多,甚至连沙漠和极地的环境都不如。
但是有一种新材料为移民火星提供了可能性,不但可以建造火星房提供良好的居住环境,还可以做成火星服,解决人们出行的问题。
这种新材料叫做气凝胶,它独占10多项世界纪录,被权威杂志《科学》评为改变世界的十大新材料之首。
美国专门成立一家公司来生产气凝胶,并且要用它来生产宇航服,让人类登录火星进行探险。美国虽然在地球上称王称霸,但是在 科技 这块儿向来不打马虎眼儿。
气凝胶其实就是类似于果冻一样的固体物质,果冻也叫水凝胶,内部包含着大量的水,把这些水换成空气就成了 气凝胶,也叫干凝胶。
这玩意儿看起来跟果冻也没啥区别,外表就像一块Q弹的凉粉,在阳光下还会发生散射,又像一块蓝色的烟雾。
所以它也被称为“冻结的蓝烟”,听起来就挺浪漫的。但是实际上气凝胶的作用大多了,否则也不会被《科学》评为十大新材料之首。
首先简单了解一下气凝胶的特性
第一是轻, 气凝胶是世界上最轻的固体材料,目前最轻的气凝胶叫做“全碳气凝胶”,密度约为0.16毫克每立方厘米,仅为空气密度的1/6。
第二个就是热绝缘, 由于热传导的介质中,空气的热传导系数最低,再加上纳米级的多孔结构,进一步降低导热系数,它的绝热能力比玻璃还要强上39倍。
而且气凝胶本身也非常耐高温,尤其是硅气凝胶,能够抗住1200度的高温不被融化,让它成为了绝佳的隔热材料和保温材料。
在航空航天领域,气凝胶已经成了不可替代的新材料。
第三就是超强的吸附性了。
这也是因为它的纳米孔隙结构,并且还有超强的抗压性,在短时间内就能恢复原状,所以气凝胶也可以添加到其他材料中,使之成为吸附材料。
当然,气凝胶作为能改变世界的新材料,它的作用肯定远远不止这些, 它从被广泛应用到各行各业,彻底改变人们的衣、住、行。
比如把气凝胶添加到布料上,可以做成轻薄保暖的衣服,优良的隔热性能可以保证体温不会散发出去,加上材料比较轻,让人穿起来更加方便出行。
还有建筑行业,医学、化学化工、电力能源等等行业,都可以用到气凝胶。但是气凝胶的制备难度太大,成本高、产量低,目前来说还没办法大面积普及到民用领域。
比如美国和中国今年登火星的火星车,就用到了气凝胶来保驾护航。
除了要在着陆时保护火星车抵御反推发动机产生的高温,还要抵御火星上的严寒天气,因为电池在低温环境下很容易趴窝。
毕竟任何火星车造价昂贵,而且火星隔着太远,任何一丁点的损伤都会造成火星车报废。
那么用气凝胶就可以在火星上建房子么?
火星地表环境看起来就和地球戈壁滩差不多,唯一的区别就是大气稀薄,氧气含量更是少到可以直接忽略。
大气压只有地球的0.8%,如果人体直接暴露在火星上,压力差会使血液中膨胀沸腾,感到极度不适应。
而且由于大气稀薄,火星的保温效果并不好,白天温度也只有零下20来度,晚上更是低到零下80多度,再加上紫外线辐射,没有专门的火星服,人类还真没办法出行。
有的人可能就要问了,这个环境也不算太差啊,起码比月球好多了, 登录月球用的宇航服不可以直接用么?
还真不可以,因为太笨重了。
美国在阿波罗登月时的宇航服,一套重达180斤,比普通成年男子的体重还重,也就是月球引力小,只有地球的1/6,所以宇航员穿上它还能走动起来。
但是火星的引力大约是月球的两倍,也就相当于这套宇航服火星重量为60斤,别说普通人了,就是专业训练的宇航员也没办法穿着它在长时间走动。
所以移民火星首先得有减重版的宇航服。 轻薄耐用还能隔热保温的气凝胶无疑是最佳选择。
同时还可以利用3D打印技术,把气凝胶应用到建筑材料上,建造出保湿保温并能提供标准大气压的封闭式透明建筑。
火星距离地球十分遥远,大规模移民火星首先要解决能源问题。
其次还需要机器人先一步达到火星改造环境,建立起可提供生存的基地,而最主要的还要解决气凝胶量产化的问题。
总之,人类已经可以登录火星,但是要想移民火星还有很长的一段路要走。另外来说,火星环境甚至比地球最恶劣的基地环境还要糟糕。
如果人类能把这些地方改造好,不管是从成本上来讲,还是从舒适度来说,都比移民火星更有优势。
地球是我们最适合生存的地方,请珍惜和保护我们家园。
F. 苯酚甲醛树脂与苯酚甲醛气凝胶有什么不同
人造板生产过程中最长用到的胶有三种,分别为脲醛树脂胶、酚醛树脂胶、三聚氰胺胶
等,具体区别如下:
1、脲醛树脂胶是以甲醛和尿素为主要原料加工而成一种胶黏剂,脲醛树脂胶全称为脲醛树
脂粘合剂,简称脲醛胶、脲甲醛树脂,英文简称 UF。脲醛树脂胶制成品为不溶不熔化的半
透明固体,颜色比较浅。具有耐弱酸弱碱、绝缘性能好、初粘差、收缩大、脆性大、不耐水、
耐侯性(指对温湿度压力变化下的稳定性)较差的特点,遇到强酸强碱易分解。脲醛树脂胶
是一种性能好、价格低廉、制造简便、应用广泛的胶黏剂,目前市场价约 2000 元左右/吨。
2、酚醛树脂胶是最早工业化的合成树脂,也是首先出现的合成胶粘剂,还是改性制得的第
一种结构胶粘剂,最先用于航空工业。酚醛树脂胶是由苯类与醛类在催化剂存在下经缩聚反
应制得。酚醛树脂胶制成品可以为液体、粉状及胶膜三种,化学稳定性高不受菌虫侵蚀,胶
合强度高、耐水、耐油、耐磨、耐腐蚀耐老化、耐热性好(长期使用情况下可耐 120 度高温)、
绝缘性能好,颜色较深,价格在 4000-5000 元左右/吨。
3、三聚氰胺胶由三聚氰胺和甲醛缩聚而成,特点是化学活性高、热稳定性好、耐沸水性,
耐化学药品性和电绝缘性好;耐热性和耐水性优于酚醛树脂皎和脲醛树脂胶,但固化后三聚
氰胺胶层脆性大,未固化的胶贮存期短。液体三聚氰胺胶为乳白色均匀粘性物,固化后的三
聚氰胺胶为无色透明、富有光色。三聚氰胺树脂胶粘剂包括三聚氰胺甲醛树脂胶和三聚氰胺
尿素甲醛树脂胶,使用较多的是三聚氰胺甲醛树脂胶,简称三聚氰胺树脂胶。目前价格为
10000-15000 元/吨。
从甲醛释放量上来说,脲醛树脂胶>酚醛树脂胶>三聚氰胺胶。
希望对你有所帮助
G. 气凝胶主要应用在什么领域
气凝胶最早由美国科学工作者S.Kistler在1931年制得的一种低密度、高孔隙率的纳米多孔材料,早在1993年美国宇航局NASA就将气凝胶应用到航空航天领域。是目前公认热导率最低的固态材料,也是目前最轻的固体;其优异的理化性能打破了十余项吉尼斯世界纪录,被誉为改变21世纪的十大材料之一。由于它的特殊性能被应用到了很多领域。
而这一“世纪性难题”终于在2018年得到了解决。据资料显示,国内最早开发出来的纺织专用气凝胶复合材料是由疏博纳米研发出来的,解决了气凝胶材料固有的易碎、掉粉等缺陷,最先开发出了颠覆传统的纺织专用气凝胶复合保暖材料,在保留了气凝胶最轻、最隔热的特点同时将气凝胶真正地做到了柔性可穿戴,并将其应用在服饰中,真正做到了让科技造“服”于人。
H. 炭气凝胶的制备常用原料
说到碳气凝胶制备的原料,就不得不说有机气凝胶。有机气凝胶的制备多采用聚合物单体经溶胶凝胶过程共聚的方法形成凝胶,经丙酮溶剂置换,超临界C02干燥得到气凝胶产物。国外报道有间苯二酚和甲醛气凝胶、蜜胺甲醛气凝胶、苯酚糠醛气凝胶、聚氰酸酯系列气凝胶。
制备炭气凝的原料除了间苯二酚和甲醛以外,还有三聚氰胺和甲醛,酚醛树脂和糠醛,线性高分子N-羟甲基丙烯酰胺与间苯二酚,混甲酚一甲醛,间甲酚-甲醛,2,4-二羟基苯甲酸-甲醛等。
I. 气凝胶防寒服真的实用吗
防寒功能可以,但是现有的气凝胶大部分都是二氧化硅,体感很差,比如泡沫板材围一身。
防寒服(cotton wadded jacket),内絮化纤棉等保暖材料的上衣。款式不拘。
做好的防寒服实际上是把防寒服的两个部分缝合在一起——里面的一部分防寒,外面的一部分起挡风的作用。内层部分主要使用一层尼龙衬里,然后加上关键的成分:稳定和保护隔热材料的薄膜,再加上厚厚的一层涤纶保暖材料。
这时,保暖层大于衬里——这保证茄克的每一部分都是保暖的。防寒服的外层织物一般采用厚尼龙面料,衬里是一种特殊的织物,上面有一些小孔,衣内的湿气可以通过这些小孔透出去,又能阻止水珠和风渗透进来,拉链是用防腐蚀的尼龙做成的。
镀镍的拉链拉头使用寿命比普通拉链拉头要长7倍。在这一工序之前,工人们主要采用由里朝外的工艺制作。现在他们要把防寒服翻过来做最后的加工。这些大个儿的按扣强固有力,也十分牢固,它们位于纤维材料之间,所以它们反复使用也不会损害织物。
它的秘密就是那个隐藏的保暖层。它使空气停留在人体表内,然后把它加热,产生一种抵御冬天严寒的暖气垫。
J. 气凝胶的做法
如何制作气凝胶
气凝胶又称冻胶。溶胶或溶液中的胶体粒子或高分子在一定条件下互相连接,形成空间网状结构,结构空隙中充满了作为分散介质的液体(在干凝胶中也可以是气体),这样一种特殊的分散体系称作凝胶。没有流动性。内部常含有大量液体。例如血凝胶、琼脂的含水量都可达99%以上。可分为弹性凝胶和脆性凝胶。弹性凝胶失去分散介质后,体积显著缩小,而当重新吸收分散介质时,体积又重新膨胀,例如明胶等。脆性凝胶失去或重新吸收分散介质时,形状和体积都不改变,例如硅胶等。由溶液或溶胶形成凝胶的过程称为胶凝作用(gelation)。
[编辑本段]生物学和凝胶
生物分子下游纯化的对象一般包括蛋白、酶、重组蛋白、单抗、抗体及抗原、肽类、病毒、核酸等。纯化前首先需要测定生物分子的各物理和化学特性,然后通过实验选择出最有效的纯化流程。
1.测定——分子量、PI
当目标蛋白的物理特性如分子量、PI等都不清楚时,可用PAGE电泳方法或层析方法加以测定。分离范围广阔的Superose HR预装柱很适合测定未知蛋白的分子量。用少量离子交换介质在多个含不同PH缓冲液的试管中,可简易地测出PI,并选择纯化用缓冲液的最佳PH.
2.选择——层析方法
若对目标蛋白的特性或样品成分不太了解,可尝试几种不同的纯化方法:
一] 使用最通用的凝胶过滤方法,选择分离范围广阔的介质如Superose、Sephacryl HR依据分子量将 样品分成不同组份。
二] 用含专一配体或抗体的亲和层析介质结合目标蛋白。亦可用各种活化偶联介质偶联目标蛋白的底物、受体等自制亲和介质,再用以结合目标蛋白。一步即可得到高纯度样品。
三] 体积大的样品,往往使用离子交换层析加以浓缩及粗纯化。高盐洗脱的样品,可再用疏水层析纯化。疏水层析利用高盐吸附、低盐洗脱的原理,洗脱样品又可直接上离子交换等吸附性层析。两种方法常被交替使用于纯化流程中。
3.纯化——大量粗品
处理大量原液时,为避免堵塞柱子,一般使用sepharose big beads、sepharoseXL、sepharose fast flow等大颗粒离子交换介质。扩张柱床吸附技术利用多种STREAMLINE介质,直接从含破碎细胞或组织萃取物的发酵液中俘获蛋白。将离心、超滤、初纯化结合为一。提高回收率,缩短纯化周期。
4.纯化——硫酸氨样品硫酸氨沉淀方法常被用来初步净化样品,经处理过的样本处于高盐状态下,很适合直接上疏水层析。若作离子交换,需先用Sephadex G-25脱盐。疏水层析是较新技术,随着介质种类不断增多,渐被融入各生产工艺中。利用Hitrap HIC Test Kit 和RESOURCE HIC Test Kit可在八种疏水介质中选择最适合介质及最佳的纯化条件。低盐洗脱的样品可稍加稀释或直接上其它吸附性层析。
5.纯水——糖类分子
固化外源凝订素如刀豆球蛋白、花生、大麦等凝集素,可结合碳水化合物的糖类残基,很适合用作分离糖化细胞膜组份、细胞、甚至亚细胞细胞器,纯化糖蛋白等。两种附上外源凝集素的Sepharose 6MB亲和层析介质,专为俘获整个细胞或大复合物,如膜囊等。
6.纯化——膜蛋白
膜蛋白分离常使用去污剂以保持其活性。离子性去污剂应选用与目标蛋白相反电荷者,避免在作离子交换时和目标蛋白竞争交换介质,籍此除去去污剂。非离子性去污剂可以疏水层析除去。
7.纯化——单抗、抗原 *单抗多为IgG.来源主要是腹水和融合瘤培养上清液。腹水有大量白蛋白、转铁蛋白和宿主抗体等。Mabselect、Protein G和Protein A对IgG的Fc区有专一性亲和作用,能一步纯化各种不同源的IgG.血清互补剂如小牛血清可先用蛋白G预处理,在培养前除去IgG.重组蛋白A介质 Mabselect和rProtein A Sepharose FF对IgG有更高的载量和专一性,基团脱落更少。脱落的rProtein A用离子交换Q Sepharose HP或凝胶过滤Superdex 200,很容易去除。
*疏水层析Phenyl Sepharose HP亦很适合纯化IgG.宿主抗体和污染IgG可用凝胶过滤Superdex 200在精细纯化中去除。
*纯化IgG抗原最有效的方法是用活化偶联介质如CNBr、NHs activated Sepharose FF偶联IgG,再进一步获取IgG抗原。
*HiTrap IgM是用来纯化融合瘤细胞培养的单抗IgM,结合量达5mg IgM.HiTrap IgY是专门用来纯化IgY,结合量达100mg纯IgY.
8.纯化——重组蛋白 重组蛋白在设计、构建时应已融入纯化构想。样品多夹杂了破碎细胞或溶解产物,扩张柱床吸附技术STREAMLINE便很适合做粗分离。Amersham biosciences提供三个快速表达、一步纯化的融合系统。
一] GST融合载体使要表达的蛋白和谷胱甘肽S转移酶一起表达,然后利用Glutathione Sepharose 4B作亲和层析纯化,再利用凝血酶或因子Xa切开。
2. 蛋白A融合载体使要表达的蛋白和蛋白A的IgG结合部位融合在一起表达,以IgG Sepharose 6 FF纯化。
二] 含组氨酸标记(Histidine-tagged)的融合蛋白可用Chelating Sepharose FF螯合Ni2+金属,在一般或变性条件(8M尿素)下透过组氨酸螯合融合蛋白。HisTrap试剂盒提供整套His-Tag蛋白的纯化方法。
9.纯化——包涵体蛋白
包涵体蛋白往往需溶于6M盐酸胍或8M尿素中。高化学稳定性的Superose 12及Sepharose 6FF凝胶过滤介质很适合在变性条件下做纯化。变性纯化后的蛋白需要复性至蛋白的天然构象。Superdex 75、Q Sepharose FF和Phenyl Sepharose FF分别被发现有助包涵体蛋白的复性。一般包涵体蛋白样品的纯度越高,复性效果越好。SOURCE 30 RPC反相层析介质很适合纯化复性前的粗品,并可以1MnaOH重生。此方法纯化后的包涵体蛋白,复性回收率明显提高。
10.包涵体蛋白固相复性 *近年许多文献报导将包涵体蛋白在变性条件下固定(吸附)在层析介质上,一般用各种Sepharose FF离子交换层析介质。去除变性剂后,蛋白在介质上成功复性,再将复性好的蛋白洗脱下来。固相复性避免了一般复性过程中蛋白质聚体的形成,所以复性得率更高,而且无需大量稀释样品,并将复性和初纯化合二为一,大大节省时间及提高回收率。
*固相复性方法也被用于以HiTrap Chelating金属螯合层析直接复性及纯化包涵体形式表达的组氨酸融合蛋白;以HiTrap Heparin肝素亲和层析直接复性及纯化包涵体形式表达的含多个赖氨酸的融合蛋白。两种亲和层析预装柱均可反复多次重复使用,比一般试剂盒更方便、耐用。
11.纯化——中草药有效成分
中药的化学成分极其复杂。传统中药多是煎熬后服用,有效成份多较为亲水,包括生物碱、黄酮、蒽醌、皂甙、有机酸、多糖、肽和蛋白质。灵活及综合性地利用多种层析方法。如离子交换、分子筛、反相层析,更容易分离到单一活性成分。Sephadex LH-20葡聚糖凝胶同时具备吸附性层析和分子筛功能,例:如用甲醇分离黄酮甙,三糖甙先被洗下来,二糖甙其次,单糖甙随后,最后是甙元。 Sephadex LH-20可使用水、醇、丙酮、氯仿等各种试剂,广泛用于各种天然产物的分离,包括生物碱、甙、黄酮、醌类、内脂、萜类、甾类等。
*生物碱在酸性缓冲液中带正电,成为盐,HiTrap SP阳离子交换层析柱可以分离许多结构非常近似的生物碱。相反,黄酮、蒽醌、皂甙、有机酸等可溶于偏碱的缓冲液中,在HiTrap Q阴离子交换柱上分离效果良好。
*一般多糖纯化大多使用分子筛如Sephadex,Sephacryl.若分子量在600KD以下,并需更高分辨率,可选择新一代的Superdex. 一般植物可能含水溶性、酸溶性、碱溶性多种多糖。综合利用分子筛及离子交换层析有助进一步获各组份纯品。另外,多糖药物需去除可引起过敏的蛋白质,传统 Sevag方法用丁醇脱蛋白需反复数十次。阴阳离子交换法可以一、两步快速去除多糖中残存的蛋白质。SOURCE5、15、30RPC反相层析也很适合各种中药有效成分的检测、分离和放大制备。由于中药的成分非常复杂,SOURCE反相层析可用范围为PH1-14 ,并可用1M NaOH,1M HCL清洗、再生。比传统硅胶反相层析更易于工艺优化及在位清洗,寿命也更长。
12.纯化——肽类
肽类的来源有天然萃取,合成肽和重组肽三种。肽容易被酶降解,但可从有机溶剂或促溶剂中复性,所以多以高选择性的反相层析如SOURCE 30RPC、SOURCE 15RPC、SOURCE 5RPC或离子交换Minibeads、Monobeads作纯化。Superdex Peptide HR是专为肽分子纯化设计的凝胶过滤预装柱,能配合反相层析做出更精美的肽图。肽分子制备可用离子交换配合凝胶过滤Superdex 30 PG。医学都市多功能
13.纯化——核酸、病毒
核酸的纯化用于去除影响测序或PCR污染物等研究。核酸可大致上分为质粒DNA、噬菌体DNA和PCR产物等。病毒也可视作核酸大分子,和质粒DNA一样,可用分离大分子的Sephacry S-1000 SF、Superose或Sepharoce 4FF凝胶过滤介质去除杂蛋白,再配合离子交换如Mono Q、 SOURCE Q分离核酸。
14.纯化——寡核苷酸寡酸苷酸多应用在反义(anti-sense)DNA、RNA测序、PCR和cDNA合成等研究。合成后含三苯甲基的寡核苷酸以阴离子交换的Mono Q或快速低反压的SOURCE Q在PH12下可除副产物,并避免凝集和保护基的脱落。载量大大高过反相层析,可用做大量制备。不含三苯甲基的失败序列可用反相柱ProRPC去除。
15.脱盐、小分子去除
使用凝胶过滤介质Sephadex G10,G15,G25,G50等去除小分子,效率高,处理量可达床体积30%.只需在进样后收集首1/3-1/2柱体积的洗脱液,就可以去除该填料分离范围上限以下的小分子,简单直接。由于只是去除小分子,柱高10cm以上即可。整个过程一般可于数分钟至半小时完成。Sephadex G25系列介质专为蛋白质脱盐而设计,预装柱HiTrap Desalting(5ml)可用针筒操作。HiPrep Desalting(26ml)可在数分钟为多至10ml样品脱盐。
16.疫苗纯化 使用凝胶过滤介质Sepharose 4FF纯化疫苗,去除培养基中的杂蛋白,处理量可大于床体积10%.柱高一般40-70cm,整个过程约半至一小时。目前使用此法生产的疫苗品种有乙肝、狂犬、出血热、流感、肺结核、小儿麻痹疫苗等。分子量较小的疫苗可使用Sephacryl S-500HR,如甲肝疫苗等。
17.抗生素聚合物分析
中国药典从2000年版起要求抗生素头孢曲松钠需要找出聚合物占产品的白分比,规定使用Sephadex G10凝胶过滤法测定。
18.纯化-基因治疗用病毒载体
SORRCE 15Q
19.纯化-基因治疗用质粒
Q Sepharose XL,SOURCE 15Q,STREAMLINE Q,Sephacryl S500,Plasmidselect 在下游纯化中,可应用不同层析技术在纯化生物分子的同时,去除各种污染物。
1.去除——内毒素
内毒素又称热原。含脂肪A、糖类和蛋白,是带负电的复合大分子。
内毒素的脂肪A部份有很强的疏水性。但在高盐下会凝集,无法上疏水层析。利用疏水层析试验盒(17-1349-01)可选择结合目标蛋白的介质而去除内毒素。
内毒素与阴离子交换介质Q或DEAE Sepharose Fast Flow有较强结合。可在洗脱目标蛋白后用高盐缓冲液或NaOH去除。
利用CNBr或NHS Sepharose FF可偶联内毒素底物如LAL,PMB,自动成亲合层析介质结合内毒素。内毒素经常是多聚体,凝胶过滤层析可有效地将之去除。
2.去除——蛋白中的核酸
大量核酸增加样本黏度,令区带扩张,反压增加,降低分辨率和流速。药审和食检对核酸含量也有严格限制。
胞内表达蛋白的核酸问题尤其严重。核酸带阴电荷,在初步纯化时利用阳离子交换介质如STREAMLINESP,SP Sepharose Big Beads,SP或CM Sepharose FF,SP SepharoseXL结合目标蛋白,可除去大量核酸。
核酸在高盐下会和蛋白解离,疏水层析介质很适合用来结合目标蛋白,在纯化蛋白的同时去除核酸。
利用核酸酶将核酸切成小片断,用凝胶过滤做精细纯化时便很容易去除了。
3.去除——病毒和微生物
病毒和微生物可成为病原,应尽量减除。结合不同层析技术,使用注射用水,用NaOH定期进行仪器和凝胶的在位消毒和在位清洗,皆可避免污染物增加。
病毒大都有脂外壳。可用与目标蛋白电荷相反的S/D(solvent/detergent)处理,使病毒失活,如Triton和Tween.再用适当的离子交换介质如CM Sepharose FF结合目标蛋白,去除S/D.
其它污染物可以改变pH和离子强度使其从目标分子中解离或失活,凝胶过滤介质Superdex及多种吸附性介质,SOURCE都是很好的精细纯化介质,可去除多种微量污染物。
凝胶是指颗粒大小在1埃到10埃之间的混合物。高分子溶液和某些溶胶,在适当的条件下,整个体系会转变成一种弹性的半固体状态的稠厚物质,失去流动性。这种现象称为胶凝作用,所形成的产物叫做凝胶或冻胶.
“气凝胶”是指分散系为气态的,如:云,雾等,“固凝胶”有烟水晶等,“液凝胶”就是呈液态的胶体,如氢氧化铁胶体 。
例:
食品级葡甘露胶(Gum Konjac-GM)
葡甘露胶(又称:魔芋胶)系一种新型多用途微粒状可食用胶。这里推出之葡甘露胶是以优质魔芋中提取的葡萄甘露聚糖为原料,经脱杂处理后采用先进技术加工而成,其中添加成分不含任何非食用化学配料或色素。与传统的琼脂、果胶、海藻胶等食品添加剂相比,葡甘露胶在膨胀率、粘度、增稠、稳定性及使用方便程度上皆显著优于上述胶类,此外尚具有特殊的优点:无需添加任何凝固剂,在无糖、低糖或高糖条件下,在酸性、中性或碱性条件下,常温即可凝冻,凝胶性能理想;保持或强化了葡萄甘露聚糖所具有的降糖、降脂、减肥等保健功能,大大拓宽了魔芋应用的范围;价格低廉、使用方便。
葡甘露胶能广泛用于食品、饮料、医药、日用化工、科研等领域,作为琼脂、果胶、海藻胶等的替代产品,价格低廉,且使用时无需改变原有的设备及工艺,能大幅度降低添加剂的使用成本,是一种理想的新型凝胶添加剂。为满足不同产品开发的需要,一、凝胶(果冻)型:能与各种天然果汁、物料及色素良好混合,作为广谱凝胶赋型剂,是制作果冻、水晶软糖等的极佳原料,也可作为培养基支持体,且不需再添加其它任何胶类或碱性成份;凝胶成型条件随意、脱杯完整,凝胶强度高、韧性大。用量:0.7~0.9%。用法:在适量温水中溶胀3~5分钟,煮沸冷至70度左右时加入糖及各种配料,冷却至室温即成。
二、培养基型:用作替代琼脂作为花卉及其它植物进行组织培养的支持体。组培苗根粗、苗壮,使用效果理想,成本大幅降低。用量:0.5~0.6%。用法:在温水中溶胀3~5 分钟,煮沸后冷却即可。三、果肉(茶)饮料型:作为稳定剂与悬浮剂,替代琼脂和羧甲基纤维素等,广泛用于粒粒橙、果茶、果汁、豆奶、银耳羹、八宝粥等异相悬浮剂等(或混合)饮料中,防止沉淀或分层。 用量:0.15~0.25%左右。用法:在适量温水中充分溶胀后加入物料中。四、冷冻制品型:用于冰棒、冰淇淋等各种冷冻制品,可增大膨胀,减少冰晶,提高抗热融性,使产品更加爽口。用量:0.15~0.25%左右。用法:在适量温水中充分溶胀后加入物料中。五、增稠型:用于果酱、米、面制品中,可增大膨胀率,提高韧性,改善赋型和口感。是进口洋槐豆胶的理想替代物。用量:0.2~0.3%左右。用法:在适量温水中充分溶胀后加入物料中。