[发明专利]基于层析模型实现多柱连续流层析设计及分析的方法

说明书

本发明公开了一种基于层析模型实现多柱连续流层析设计及分析的方法，包括以下步骤：步骤1，实验穿透曲线拟合，将实验穿透曲线和层析操作参数代入层析机理模型中，拟合得到层析模型参数；步骤2，穿透曲线预测，将步骤1得到的层析模型参数、层析操作参数代入层析模型，计算得到不同流速与不同蛋白浓度下的一柱和双柱串联穿透曲线；步骤3，连续流层析的过程分析，将步骤2预测的穿透曲线和连续流基本操作参数代入连续流层析模型，得到过程产率和介质利用度等性能指标；步骤4，连续流层析的操作空间优化，基于特定的分离目标和要求，确定合适的过程产率和介质利用度，通过步骤3的分析，得到优化的连续流层析设计参数的操作空间。

技术领域

本发明涉及生物化工和生物工程领域的蛋白层析分离技术，具体涉及一种基于层析模型实现多柱连续流层析设计及分析的方法。

背景技术

连续制造工艺在石油化工、食品及化学工业中已得到广泛的应用，但是在生物技术领域，连续生产技术起步较晚，技术上不够成熟。近年来，一种新型的连续层析分离技术-多柱周期性逆流层析(multi-column periodic counter-current chromatography)，又称连续流层析，被成功应用于蛋白分离，特别是抗体药物生产的蛋白A亲和捕获过程。

连续流层析基本原理是通过双柱串联上样，使用第二根层析柱承接第一根层析柱穿透的蛋白，第一根层析柱在合适的穿透点终止上样，切换至第二根层析柱上样，第一根层析柱则进行洗脱和再生，多柱交替实现连续操作，从而提高过程产率和介质利用度，减少缓冲液消耗和设备规模。专利(US Patent 10099156 B2)描述了一种双柱串联上样的蛋白捕获方式。专利(US Patent 2012/0091063 A1)提出了一种三柱连续流设备，并将其应用于含有单克隆抗体和牛血清白蛋白的混合物分离。专利(US Patent 2017/0016864 A1)提出了多柱连续流蛋白捕获方式，其包括双柱和三柱的串联上样，并对过程进行了实验优化。

整体而言，多柱连续流层析过程复杂，可选择操作参数多，实验优化的工作量极大，若借助数学模型进行合理的过程表征和辅助设计，可以显著提高过程设计和优化的效率，减少实验摸索。虽然已有成熟的数学方法可以针对层析实验的穿透曲线进行拟合和预测，如Baur Daniel等(Biotechnol.J，2016，11：920-931)结合一般性速率模型(Generalrate model)和缩核模型(Shrinking core model)，对实验穿透曲线进行拟合得到机理参数，然后预测多流速和多浓度下的穿透曲线，从而辅助进行层析过程优化设计。然而，上述专利及论文中使用的层析模型和连续流模型的功能相对单一，缺乏对于不同连续流层析模式和不同操作条件的综合计算、比较和优化，在实际应用中存在许多局限。

发明内容

鉴于以上存在的技术问题，本发明用于提供一种基于层析模型实现多柱连续流层析设计及分析的方法，旨在对实验产生的穿透曲线进行拟合和精确预测，并基于连续流层析中多个控制参数分析其对过程产率和介质利用度的影响，结合层析机理模型，多种操作模式下的连续流层析模型形成高效综合的系统模型，辅助进行多柱连续流层析的过程分析和优化设计。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种基于层析机理模型实现多柱连续流层析设计及分析的方法，包括以下步骤：

步骤1，穿透曲线拟合，穿透曲线拟合，将实验操作参数代入层析机理模型中，拟合实验所得穿透曲线得到机理模型参数；

步骤2，穿透曲线预测，限定层析操作范围，将步骤1得到的机理模型参数和层析操作参数代入层析机理模型中，得到不同流速与不同蛋白浓度下的一柱和双柱串联穿透曲线。

步骤3，连续流层析的过程分析，将步骤2预测的穿透曲线和连续流基本操作参数代入连续流层析模型，得到连续流层析过程的设计参数和评估参数，分析连续流层析操作参数变化对多柱连续流层析的过程产率和介质利用度等性能指标的影响；