本课程在线内容分为三部分，分别对应着教材的章节如下：

第一部分：各类生物药物的介绍，基本分离方法的介绍（第1章）

第二部分：分两大块进行讲解，一块是天然产物的提取（第2-10章）

第三部分：对各种天然产物的提取案例，并附加发酵产物和基因药物的提取工艺与案例（第11-13章）

教学实施方案

一、课程基本信息

课程编号：02130162

课程名称：生物制药设备与分离纯化技术

课程英文名称：Biopharmaceutical equipment and separation and purification technology

课程所属单位：生物与制药工程系生物工程教研室      

课程面向专业：生物制药专业

课程类型：必修课          先修课程：  有机化学生物化学                     

学分：3     总学时：48  理论学时：48

二．       课程性质与目的

生物制药设备和分离纯化技术是生物制药专业的一门必修课程,是从事各种生物药物的研究、生产、制剂的综合性应用技术科学。包括了有机化学、生物化学、微生物、遗传育种、生物工程下游技术等学科的知识。知识范围宽，药品种类多，学生上此课程之前需有《化工原理》、《微生物学》和《生物工程下游技术》的基础。

三、课程内容概要

（一）课程总体目标：本课程的主要内容是介绍当前生物制药所需的基本理论和技术,重点讨论各类生物药品的来源、结构、性质、用途、制造原理、设备、工艺过程与生产方法。在教学过程中,旨在着重培养学生具备从事生物药品研究、生产和开发的基本知识、基本理论和基本技能。通过本课程的学习,应使学生达到以下要求: 1. 掌握各类生物药品提取分离的基本原理和技能；2. 熟悉生物药品制备中各类设备的原理、设计；3. 了解本学科的成就、新进展。 

（二）教学内容逻辑框架：本门课程分为两部分，一部分为生物制药设备，一部分为分离纯化技术。生物制药设备内容共计12章，教学内容可分为3个层次，第一个层次（第1章）讲述培养基灭菌的设备；第二个层次（第2章）讲述发酵用压缩空气预处理及除菌设备；第三个层次（第3章）讲述生物反应器与发酵参数检测元件；第四个层次（第4章）讲述生物分离设备。分离纯化部分共计12章，教学内容可分为3个层次，第一个层次（第1章）讲述生物药物的种类、分类和工艺基础，这章内容贯穿整门课程，需要学生认真学习；第二个层次（第2-9章）讲述各种纯化分离技术；第三个层次（第10-12章）则讲述纯化分离技术在各类生物药物制备中的应用（蛋白质类、酶类、糖类、抗生素等。在分离纯化部分还包括各种生物分离设备。

四、教学内容与要求

第一章 生物药物概述

（一）学习目标：掌握生物药物的含义及特点；熟悉生物药物的分类；了解生物药物研究范围，用途和研究趋势。

（二）学时安排 ：理论课：2学时

（三）教学内容

1、基本概念或关键词：生物制药；生物药物；特性；分类

2、主要教学内容：

（1）概述 生物制药的含义

（2）生物药物的研究范围

（3）生物药物的特性、分类与用途

（4）生物制药的研究发展前景

第二章 生物制药工艺技术基础

（一）学习目标：掌握生物材料的来源，生物活性物质的提取方法及生化物质分离纯化的基本程序和方法。熟悉影响生物活性物质提取的因素，生物活性物质分离纯化的特点和分离制备方法的基本原理。了解生物活性物质的存在方式，存在特点；生物活性物质的浓缩与干燥；生化物质分离纯化方法的综合评价等。

（二）学时安排 ：理论课：4学时

（三）教学内容

1、基本概念或关键词：材料选择；提取；分离纯化

2、主要教学内容：（1）生物材料与生物活性物质：生物材料的来源、生物活性物质的存在方式、存在特点、生物材料的准备

（2）生物活性物质的提取：影响提取的因素、常用的提取方法、提取方法的选择

（3）生物活性物质的提取与干燥

（4）生化物质的分离纯化方法：分离纯化的特点、分离制备方法的基本原理、分离纯化的基本程序和设计、分离纯化的综合评价、制备物均一性的鉴定

 （5）生物制药中试放大工艺设计：中试放大特点、中试放大方法与内容

第三章 生物材料的预处理、细胞破碎和液－固分离

（一）学习目标：掌握生物材料的预处理、细胞破碎和液－固分离的方法和设计预处理实验方案。

（二）学时安排 ：理论课：2学时

（三）教学内容

1、基本概念或关键词：预处理；细胞破碎

2、主要教学内容：

（1）生物材料的预处理

选择预处理方法的依据、生物材料和细胞培养液的预处理方法

（2）细胞破碎

        选择破碎方法的依据、常用的四种方法

（3）液－固分离

过滤、离心分离及影响分离的因素

第四章 膜分离技术

（一）学习目标：了解透析超滤微孔膜过滤技术；熟悉超滤的操作和应用及微孔膜的过滤设备和操作；掌握透析方法及装置。

（二）学时安排 ：理论课：2学时

（三）教学内容

1、基本概念或关键词：透析；超滤；微孔膜

2、主要教学内容：

（1）透析膜、透析方法及装置

（2）超滤的操作和应用：超滤的特征和用途、超滤膜、超滤过程和装置、 超滤的操作和应用

（3）微孔膜过滤技术：微孔膜的特点和应用范围、微孔滤膜、微孔膜过滤设备和操作、微孔膜过滤的应用

第五章 萃取分离法

（一）学习目标：掌握萃取分离的原理及实验方法和注意事项。

（二）学时安排 ：理论课：4学时

（三）教学内容

1、基本概念或关键词：萃取，萃取率，超临界萃取

2、主要教学内容：

（1）萃取的基本原理及影响因素

（2）各种萃取方法的原理及特点及应用

（3）超临界萃取：原理与特点

第六章 固相析出分离法

（一）学习目标：掌握盐析法﹑有机溶剂沉淀法的原理及操作注意事项；掌握结晶的条件和方法；熟悉固体析出法的分类和等电沉淀法；了解其他沉淀方法。

（二）学时安排 ：理论课：4学时

（三）教学内容

1、基本概念或关键词：盐析法；有机溶剂沉淀法；结晶法

2、主要教学内容：

（1）概述 固相析出法分类

（2）盐析法：盐析法的特点和原理、影响盐析的因素、盐析用盐、盐析操作

（3）有机溶剂沉淀法：原理、操作条件的控制

（4）等电点沉淀法：原理与特点、操作注意事项

*（5）其他沉淀法

（6）结晶法：结晶和晶体、结晶的条件、结晶的方法

第七章 吸附分离法

（一）学习目标：熟悉常用吸附剂，了解影响吸附的因素，吸附色谱的溶剂和洗脱剂。

（二）学时安排 ：理论课：2学时

（三）教学内容

1、基本概念或关键词：吸附作用；活性炭；大孔网聚合物吸附剂

2、主要教学内容：

（1）吸附的原理

（2）影响吸附的因素：吸附剂的特性﹑性质； 吸附的条件； 吸附物浓度与吸附剂用量

（3）常用吸附剂

（4）溶剂与洗脱

第八章 凝胶层析

（一）学习目标：掌握凝胶层析的含义；掌握葡聚糖凝胶和琼脂糖凝胶的结构和性质；熟悉凝胶层析的实验条件和操作；了解凝胶层析的基本原理和凝胶层析的应用。

（二）学时安排 ：理论课：4学时

（二）教学内容

1、基本概念或关键词：原理；凝胶；应用

2、主要教学内容：

（1）凝胶层析的基本原理：分离原理、凝胶层析特点、凝胶层析含义

（2）凝胶的结构和性质：葡聚糖凝胶、修饰葡聚糖凝胶、聚丙烯酰胺凝胶、琼脂糖凝胶、 多孔玻璃微球、疏水性凝胶

（3）凝胶层析的实验条件和操作：凝胶的选择和处理、 凝胶层析柱的设计和制备、 凝胶层析操作、主要参数测算、凝胶层析的某些扩展

（4）凝胶层析的应用：脱盐和浓缩、分子量测定、凝胶层析在生化制药中的应用

第九章 离子交换法

（一）学习目标：掌握离子交换树脂的分类﹑命名及主要理化常数；了解离子交换树脂的性能和离子交换的选择性，掌握多糖基离子交换剂；了解离子交换的基本原理，离子交换的动力学；熟悉离子交换操作方法。

（二）学时安排 ：理论课：4学时

（三）教学内容

1、基本概念或关键词：离子交换树脂；动力学

2、主要教学内容：

（1）基本原理

（2）离子交换树脂的结构和分类：离子交换树脂的分类﹑命名和骨架

（3）离子交换动力学：离子交换平衡、离子交换速度、离子交换运动学

（4）离子交换树脂的性能：离子交换树脂的基本要求、 影响树脂性能的因素、主要理化常数及测定

（5）离子交换的选择性：离子的化合价与水合半径的影响、离子化合价与离子浓度的影响、交换环境的影响、树脂结构的影响、偶极离子排斥作用

（6）离子交换操作方法：树脂的选择、树脂的处理和再生、基本操作方法

（7）新型离子交换剂：大孔﹑均孔树脂；多糖基离子交换剂

（8）应用实例

第十章 亲和纯化技术

（一）学习目标：掌握亲和层析的基本原理和特点；熟悉亲和层析的常用载体和载体的活化与偶联。了解亲和配基；了解亲和层析的吸附和洗脱，其他亲和层析技术和亲和层析的应用。

（二）学时安排 ：理论课：4学时

（三）教学内容

1、基本概念或关键词：原理；载体；洗脱

2、主要教学内容：

（1）概述：亲和层析的基本原理和过程、亲和层析的特点

（2）亲和层析载体：亲和层析对载体的要求、常用载体

（3）亲和配基：配基的选择、配基的浓度、配基偶联的位置、配基的分子的大小

（4）载体的活化与偶联：亲和层析载体的活化、配基偶联的方法、用于固定配基的凝胶衍生物

（5）影响吸附剂亲和力的几个因素

（6）亲和层析的吸附和洗脱及影响吸附的条件、亲和层析的洗脱、亲和吸附剂的再生

第十一章 生化药物制造工艺

（一）学习目标：了解氨基酸类、蛋白质、核酸等各类药物的基本知识，生产工艺、分离与纯化及应用。

（二）学时安排 ：讨论课：6学时。选取各类型药物之一，讨论该药物的制备工艺，纯度测定方法等等。

（三）教学内容

1、基本概念或关键词：生化药物；制备工艺

2、主要教学内容：

（1）氨基酸类药物： 氨基酸类药物的概述及分类；氨基酸类药物的生产方法；氨基酸输液。（1学时）

（2）多肽及蛋白质药物：多肽和蛋白质类药物概述；多肽及蛋白质类药物的制造方法；重要的多肽与蛋白质类药物的制备。（1学时）。

（3）核酸类药物：核酸类物质的分离提取及其发酵生产；重要核酸类药物的制备。（1学时）

（4）酶类药物：酶类药物原料来源；酶类药物的提取纯化；重要酶类药物的制备。（1学时）

（5）糖类药物：糖类药物概述；糖类药物的一般制备方法；重要糖类药物的制备。（1学时）

（6）脂类药物：脂类药物概述；脂类药物的制备方法；重要脂类药物的制备。（1学时）

（7）维生素及辅酶类药物：维生素及辅酶类药物概述；维生素及辅酶类药物的一般生产方法；重要维生素及辅酶类药物的制备。（2学时）

第十二章 微生物药物制造工艺

（一）学习目标：了解微生物类药物的基本知识，生产工艺、分离与纯化及应用。

（二）学时安排 ：讨论课：4学时。以各类药物为例，讨论该药物的制备工艺，纯度测定方法等等。

（二）教学内容

1、基本概念或关键词：微生物药物；抗生素

2、主要教学内容：（2学时）

（1）微生物药物的概述

（2）四类抗生素的介绍及青霉素制备工艺

（3）其他微生物药物

（四）讨论（2学时）

五、学时分配                                                                                                                                                                                                       

六、教学活动要求：

    1、每学生必须进行自我介绍，方式不限，目的是为了让老师记住你

    2、学生必须按时保质地完成纸质作业，作业成绩按百分制记录

    3、学生必须在规定的时间里完成线上学习任务，并完成相关小测验，系统会给出相应的成绩

    4、学生必须积极参与课堂讨论，其中，最后应用模块中每位学生都会获得一个讨论主题，以PPT的形式辅助上台演讲，教师会严格记录每一位学生的讨论得分。

七、课程需要遵守的纪律：

（1）教师一般不会调课，但所有因公调课都将通过教务处进行，并以恰当方式让每一位同学知道，一旦调课，一定会补上。

（2）每一位同学除非有特殊情况，例如疾病，否则不能以任何借口不来上课。每一位同学都不允许迟到，若迟到，请课间休息时间再入教室。如果无故缺课三次以上（含三次），期末无考试资格。

（3）每次作业请在老师规定的时间内上交，老师会在一周内批改，成绩都将登记。同学们的每一份作业老师都会亲自阅读，请认真对待。

（4）学业尚有疑惑之处，可课堂提问、可课间提问、可QQ微信私聊，课堂与课间提问会即时答复，在线提问会在3天内答复。

考核方式：本课程为生物制药专业必修课程，考核方式过程性考核（线上学习任务完成情况、作业完成、课堂讨论参与情况等等）50%+闭卷考试（期中测试25%+期末测试25%）50%。

考试内容：全部为课堂讲授内容与课堂讨论内容。常见题型为：名词解释，填空题，简答题，论述题。

讨论主题：课堂讨论会提前1周发放，集中讨论会提前3-4周发放。

样卷：

一、名词解释（本大题共5 小题，每小题3分，总计15分 ）

1．减毒疫苗

2．超滤

3．全排阻

4．等密度离心

5．能斯特分配定律

二、填空题（本大题共21空，每空1分，总计21 分）

1、工业上生产RNA的主要原料是              。

2、按分子所带电荷进行分离的方法有             和             。

3、正相色谱中，固定相的极性           流动相，反之为反相色谱。 

4、我国药物的三大药源指的是             、             和中药。

5、常用的β-内酰胺类抗生素有青霉素和              ，氨基糖苷类抗生素有             ，大环内酯类抗生素有             ，四环素类抗生素有             。

6、请写出下列英文的中文全称：IFN:             ,SOD:             ,HCG:             。

7、和大肠杆菌表达体系相比，真核酵母表达体系的优点是             。

8、常用的萃取方法有：单级萃取、             和多级错流萃取。   

9、向蛋白质纯溶液中加入中性盐时，蛋白质溶解度的变化趋势是：             。 

10、凝胶过滤时，排阻系数处于0<K_d<1范围，溶质分子进入凝胶颗粒的情况是             。

11、在离子交换过程中，平衡离子带             为阳离子交换树脂，平衡离子带             称为阴离子交换树脂。正电荷，负电荷

12、超滤过程中，主要的推动力是             。

13、水解法制备氨基酸过程中，碱水解法最大的缺点是             。

三、简答题 （本大题共3小题，每小题8分，总计24分）

1、简述双水相萃取机理及其影响因素。

2、简述液相中UV检测器和示差折光检测器的区别

3、简述凝聚作用和絮凝作用的原理各是什么

四、论述题 （本大题共2小题，总计40 分）

1、熟鸭蛋蛋黄中脂肪的含量高达31％，为什么看不到一点油？可是在熟咸蛋的蛋黄中，却经常可以看到黄色的油滴往外流？（15分）

2、利用亲和层析原理设计实验，制备谷胱甘肽-S转移酶（GST），请叙述制备过程。（25分）

1、教材:

《生物制药工艺学》（第三版）（吴梧桐著，中国医药科技出版社，2016）

以上为本门课程的主教材，该教材分为3部分，分别是分离工艺总述、分离工艺单述和应用举例，其中应用举例内容占了1/3,非常有利于对理论知识的理解与实践，课程内容设置与该门课的教学内容与规划较为吻合，同时内容适合生物制药专业本科学生用于学习分离纯化技术。在观看线上视频之前阅读教材有利于对知识的理解与探索。

2、主要参考书： 

      （1）生物工程设备  陶兴无著，化工出版社    2013

       （2）生物工程下游技术.  毛忠贵  科学出版社  2013

以上教材为本课程的辅修教材，书中对分离纯化工艺有非常详细的论述，是对主教材的有力辅助和完善，可用于单个技术的相关知识查询

一、书籍：（以下仅为推荐，自愿采纳）

1、自私的基因  英 道金斯著，中信出版社

2、人体的故事：进化，健康与疾病   美  丹尼尔 利伯曼  浙江人民出版社

3、物种起源  达尔文   任意版本

4、消失的微生物  美   马丁 布莱泽  湖南科技出版社

备注：以上教材有助于构建生物研究的框架，为药物设计开发提供更广阔的的思路与视野。

二、其他途径：另外，在互联网时代，还可以通过其他途径了解在药物提取与开发领域的最近进展（以下仅为推荐，如果涉及费用，请谨慎自愿采纳）

1、学习平台：学习通   https://mooc1-1.chaoxing.com/mycourse/teachercourse?moocId=87331927&clazzid=12529217&edit=true&v=0&cpi=11599082&pageHeader=0

2、网课平台：学习通或腾讯课堂或腾讯会议等  （以上APP均可在互联网上免费获得，相关链接会在上课前24小时在班级群里发布）

2、论坛：小木虫论坛；生物帮论坛；果壳网等

3、微信公众号：Nature； 自然科研；知识分子等

备注：以上平台能为学生提供最新的前言知识和技术，有助于学生打开学习视野。教师也会在班级QQ群、微信群、超星平台上即时转发相关前沿科学研究进展，以供学生学习。