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基于近红外光谱分析技术人血白蛋白生产过程关键环节控制研究

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摘要

符号说明

第一章 前言

1 人血白蛋白简介

1.1 人血白蛋白的结构

1.2 人血白蛋白的生理学作用和临床应用

1.3 人血白蛋白的生产现状

2 近红外光谱分析技术

2.1 近红外光谱分析技术的原理和特点

2.2 近红外光谱分析流程和评价指标

2.3 近红外光谱分析技术在生物制品中的应用

3 近红外光谱分析技术中的化学计量学方法

3.1 光谱预处理方法

3.2 谱图信息的优化和建模变量的选择

3.3 定性、定量建模方法

4 本课题的研究目的和意义

5 本课题主要研究内容

第二章 组分Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ上清液乙醇沉淀过程近红外监测研究

1 材料

1.1 试剂

1.2 仪器和软件

2 方法

2.1 醇沉过程

2.2 样品光谱的采集

2.3 白蛋白和总蛋白含量的测定

2.4 光谱数据的处理和模型的建立

3 实验结果

3.1 样品的原始光谱

3.2 白蛋白和总蛋白含量测定结果

3.3 光谱的预处理

3.4 PCA模型的建立

3.5 PLSR模型的建立

3.6 重复性考察

4 讨论和结论

第三章 组分Ⅳ上清液醋酸缓冲液沉淀过程白蛋白含量近红外定量分析研究

1 材料

1.1 试剂

1.2 仪器和软件

2 方法

2.1 酸沉过程

2.2 样品光谱的采集

2.3 白蛋白含量的测定

2.4 数据的处理和模型的建立

3 实验结果

3.1 样品原始光谱

3.2 白蛋白含量测定结果

3.3 近红外模型的建立

3.4 模型的评价

4 讨论和结论

第四章 组分Ⅳ上清液醋酸缓冲液沉淀过程pH测定的近红外定量分析研究

1 材料

1.1 试剂

1.2 仪器和软件

2 方法

2.1 酸沉过程

2.2 样品乙醇含量和pH值的测定

2.3 样品光谱的采集

2.4 样品集的划分

2.5 预处理方法的选择

2.6 样品光谱的考察

2.7 模型的建立与评价

3 实验结果

3.1 pH值测定结果

3.2 样品原始光谱

3.3 样品集的划分结果

3.4 光谱预处理结果

3.5 样品光谱的考察结果

3.6 最佳模型的确定和评价

4 讨论和结论

第五章 总结与展望

1 总结

2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表论文

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摘要

人血白蛋白(Human Albumin,HA)在临床上是一种重要且常用的血液制品,国内厂家基本通过低温乙醇法从原料血浆中分离得到HA产品,由于受原料血浆的限制,常出现“供不应求”的状况。目前HA产品的生产过程采用固定的关键过程参数进行控制,而由于个体差异等因素,来自不同捐献者的血浆中HA的含量会有一些差别。因此将过程分析技术(Process Analytical Technology, PAT)引入生产过程中,借助过程监测和控制技术,实现关键生产过程的精准控制从而提高产品的收率有重要的研究意义。作为目前较为常用的PAT工具,近红外光谱分析技术(Near Infrared Spectroscopy, NIRS)可实现生产过程的在线监测和质量分析,且具有快速、无损、绿色等优势,在制药领域有着重要的应用。
  本研究将NIRS应用于HA的生产过程中,对HA关键生产环节—乙醇沉淀(醇沉)和醋酸缓冲液沉淀(酸沉)步骤进行过程监测和关键质量指标的定量测定,并对近红外模型的建立过程进行比较深入的探讨以提高模型的有效性。
  本文具体内容如下:
  (1)FⅠ+Ⅱ+Ⅲ上清液醇沉过程的NIRS监测研究
  本研究以FⅠ+Ⅱ+Ⅲ上清液醇沉过程作为研究对象,实验室条件下模拟8批正常过程和3批异常过程。在定性过程监测的模型中,以6个正常批次作为校正集建立主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)模型,2个正常批次和3个异常批次作为验证集考察模型过程监测和错误诊断能力,研究结果表明PCA模型可实现醇沉过程的监测和错误判断。在定量模型的建立中,以醇沉过程中HA含量和总蛋白含量作为建模指标,6个正常批次样品作为校正集,2个正常批次样品作为验证集,建立了可用于HA和总蛋白含量快速准确测定的偏最小二乘回归(Partial Least Squares Regression,PLSR)模型,最终得到用于测定HA和总蛋白含量模型的Rp2、RMSECV、RMSEP、RPD值分别为0.969、0.530g/L、0.341g/L、5.47和0.975、0.501g/L、0.465g/L、5.57。
  (2)NIRS用于FⅣ上清液酸沉过程HA含量测定的研究
  本研究利用NIRS对FⅣ上清液酸沉过程中HA的含量进行测定,实现酸沉过程HA含量的过程监测。首先在实验室条件下模拟8批酸沉过程,以溴甲酚绿(Bromocresol Green,BCG)比色法测定HA的含量;然后以5批作为校正集,3批作为验证集,建立HA含量的PLSR定量测定模型,在模型的建立中对变量选择方法进行了详细考察,最终选择35个有效变量建立模型,得到的模型Rc2、Rp2、RMSECV和RMSEP分别为0.977、0.978、0.7038 g/L和0.5893 g/L。评价结果显示模型有较好的预测能力,可用于酸沉过程中HA的含量测定。
  (3)NIRS用于FⅣ上清液酸沉过程pH值的测定研究
  本研究通过NIRS对FⅣ上清液酸沉过程pH值进行测定,以实现酸沉终点的准确有效判断。首先实验室条件下模拟6批酸沉过程,气相色谱法测定乙醇含量,pH计测定pH值;然后74个样品建立pH值测定的PLSR定量分析模型,在模型的建立中对样品集划分方法、光谱预处理方法以及样品的光谱进行了考察以优化模型,得到的模型的RJ=0.968,Rp2=0.956,RMSEC=0.0512,RMSECV=0.0875,RMSEP=0.0594。评价结果显示模型有较好的预测能力和重复性,可实现酸沉过程pH值的有效测定和终点的准确判断。
  本论文的创新点包括:
  (1)本研究首次将NIRS引入HA生产过程,并对关键环节—醇沉过程进行定性和定量监测。
  (2)首次将NIRS用于HA酸沉生产过程中,实现了生产过程中HA含量和pH值的定量测定和过程监测。
  (3)模型的建立中对多种模型优化方法进行了深入探讨和研究,为复杂体系下模型的建立提供参考。

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