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基于层析模型实现多柱连续流层析设计及分析的方法技术

技术编号:22330412 阅读:70 留言:0更新日期:2019-10-19 12:20
本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
基于层析模型实现多柱连续流层析设计及分析的方法
本专利技术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。
技术介绍
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
,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-columnperiodiccounter-currentchromatography),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(USPatent10099156B2)描述了一种双柱串联上样的蛋白捕获方式。专利(USPatent2012/0091063A1)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(USPatent2017/0016864A1)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BaurDaniel等(Biotechnol.J,2016,11:920-931)结合一般性速率模型(Generalratemodel)和缩核模型(Shrinkingcoremodel),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。
技术实现思路
鉴于以上存在的技术问题,本专利技术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,本专利技术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;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。优选地,步骤1的穿透曲线拟合进一步包括如下步骤:将实验操作参数以及层析机理模型特征模型参数初值代入层析机理模型中计算穿透曲线,并将计算结果与实验所得穿透曲线进行比较,改变层析模型参数使两者均方根误差达到最小,得到层析模型参数。优选地,步骤2的穿透曲线预测进一步包括如下步骤:设定层析操作流速和蛋白质浓度范围,在该范围之内产生层析操作参数矩阵,与步骤1得到的层析模型参数合并,代入层析模型中进行计算,预测得到不同流速和不同蛋白浓度下的一柱和双柱串联穿透曲线。优选地,所述的连续流层析的过程分析包括如下步骤:将预测的穿透曲线和连续流层析基本操作参数,代入连续流层析模型中,得到连续流层析的过程设计参数与流程安排方案;将所得的连续流层析的过程设计参数与流程安排方案代入连续流层析的评估模型,计算得到多柱连续流层析的过程产率和介质利用度。优选地,所述的连续流层析的操作空间优化包括如下步骤:基于连续流层析的设计参数范围,生成参数矩阵,对矩阵内的所有参数点计算过程产率,得到过程产率矩阵,对矩阵进行线性插值,绘制在不同操作条件的过程产率分布图,用于连续流层析过程分析和优化;基于连续流层析的设计参数范围,生成参数矩阵,对矩阵内的所有参数点计算介质利用度,得到介质利用度矩阵,对矩阵进行线性插值后,绘制在不同操作条件的介质利用度分布图,用于连续流层析过程分析和优化;基于特定的分离目标,在过程产率分布图和介质利用度分布图中分别计算满足分离目标的连续流层析设计参数范围,将两个图的设计参数区域进行叠加,得到同时满足过程产率和介质利用度要求的连续流层析设计参数,并计算连续流层析过程的操作参数与流程安排方案。优选地,所述的层析机理模型为考虑平行扩散的一般性速率模型。优选地,所述的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,其特征在于,所述的连续流层析模型为根据不同操作模式建立的连续流设计模型,连续流层析的评估参数主要包括过程产率和介质利用度,其中不同操作模式包括二柱、三柱、四柱、N柱,N>4。采用本专利技术具有如下的有益效果:(1)采用通用的层析模型对于有限的实验穿透曲线数据进行拟合,得到模型参数可以预测不同流速和不同蛋白浓度下的穿透曲线,基于少量实验数据的基础上对于大范围的层析操作参数变化进行穿透曲线预测,提高优化过程的效率和可靠性;(2)针对不同模式的连续流层析过程,包括二柱、三柱、四柱和N柱(N>4),提出各自的过程操作参数和设计参数,可实现不同多柱连续流层析模式的综合分析和比较,从而系统评价不同多柱连续流层析模式,优化多柱连续流层析的分离效果;(3)基于层析模型的预测功能,可系统分析多个连续流层析的操作参数和设计参数变化对连续流层析分离性能的影响,得到过程产率分布图和介质利用度分布图,从而合理设计连续流层析操作的优化空间,显著提高多柱连续流层析的过程开发效率。附图说明图1为本专利技术实施例的基于层析模型实现多柱连续流层析设计及分析的方法的步骤示意图;图2为本专利技术的实例1中实验穿透曲线和模型拟合穿透曲线的比较图3为本专利技术的实例2中两条穿透曲线示意图;图4为本专利技术的实例3中双柱连续流层析的过程产率分布图;图5为本专利技术的实例3中双柱连续流层析的介质利用度分布图;图6为本专利技术的实例3中根据分离目标得到的连续流层析操作空间示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图,对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本专利技术一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本专利技术保护的范围。参照图1,本专利技术实施例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,具体包括以下步骤:步骤1,实验穿透曲线拟合,将本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于层析模型实现多柱连续流层析设计及分析的方法,其特征在于,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模型中,拟合穿透曲线,得到层析模型参数;步骤2,穿透曲线预测,限定层析操作范围,将步骤1得到的层析模型参数和层析操作参数代入层析模型中,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;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。

【技术特征摘要】
1.一种基于层析模型实现多柱连续流层析设计及分析的方法,其特征在于,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模型中,拟合穿透曲线,得到层析模型参数;步骤2,穿透曲线预测,限定层析操作范围,将步骤1得到的层析模型参数和层析操作参数代入层析模型中,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;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。2.如权利要求1所述的基于层析模型实现多柱连续流层析设计及分析的方法,其特征在于,步骤1的实验穿透曲线拟合进一步包括如下步骤:将穿透曲线实验操作参数以及层析模型参数的初始值代入层析模型中,计算穿透曲线,并将计算结果与实验所得穿透曲线进行比较,改变层析模型参数使两者均方根误差达到最小,得到层析模型参数,实现穿透曲线的拟合。3.如权利要求1所述的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,其特征在于,步骤2的穿透曲线预测进一步包括如下步骤:设定层析操作流速和蛋白质浓度范围,在该范围之内产生层析操作参数矩阵,与步骤1得到的层析模型参数合并,代入层析模型中进行计算,预测得到不同流速和不同蛋白浓度下的一柱和双柱串联穿透曲线。4.如权利要求1所述的基于层析模型实现多柱连续流层析设计及分析的方法,其...

【专利技术属性】
技术研发人员:林东强史策姚善泾
申请(专利权)人:浙江大学
类型:发明
国别省市:浙江,33

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