[論文レビュー] The use of Reverse Micelles in Downstream Processing of Biotechnological Products

Kai Lun Lee, Ching Chieng Chong|arXiv (Cornell University)|Sep 8, 2011

Chromatography in Natural Products参考文献 25被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、逆ミセルをバイオプロセスの下流工程に応用するものについてレビューしており、全 broth 加工に適したコスト効率が良くスケーラブルな液-液抽出法としての利点を強調している。特定のシステムでは高い選択性と効率性を示すが、界面活性剤およびリガンド選定の難しさやバック抽出の困難さといった課題にも言及し、バイオテクノロジー分野における最近の進展と実用的応用についても論じている。

ABSTRACT

This paper aims to discuss the use of reverse micelles in downstream processing of biotechnological products. The interest in this technology is piqued firstly by various advantages of a liquid-liquid extraction process, among which are cost effectiveness, and ease of scaling up and implementing a continuous process for whole broth processing. The use of reverse micelles is thought to be among the most promising due to the high efficiency and selectivity being achieved in some systems. However, there are various issues that have impeded the widespread use of reverse micelles such as the identification and development of suitable surfactants and ligands; as well as difficulties in the back extraction process. These issues, as well as latest developments and applications of reverse micelles in downstream processing of biotechnological products will be discussed in this paper.

研究の動機と目的

• バイオテクノロジー製品の下流工程における持続可能でスケーラブルな代替手法としての逆ミセルの可能性を評価すること。
• 界面活性剤およびリガンド最適化の課題を特定し、広範な産業的導入を妨げる要因を同定すること。
• 抽出効率と回収収率に制限を及げるバック抽出工程の困難さを分析すること。
• 逆ミセル系のバイオプロセス分野における最近の発展および実用的応用をレビューすること。
• 逆ミセルを用いた抽出法を用いた連続的全 broth 加工の実現可能性を評価すること。

提案手法

• 非極性溶媒内にナノスケールの極性プールとしての逆ミセルを用い、バイオマoleculeの選択的分配を実現すること。
• AOT（ナトリウムビス(2-エチルヘキシル)スルホスクシン酸塩）などの界面活性剤を用いて安定な逆ミセル相を形成すること。
• 標的バイオマoleculeに対して特異的な親和性を有するリガンドを導入し、抽出における選択性を向上させること。
• 連続運転および全 broth 加工を可能にする液体-液体抽出プロセスを実装すること。
• ミセル形成および物質移動の最適化のため、相挙動解析および界面張力測定を実施すること。
• 抽出効率、回収収率、および運用条件下での安定性に関する文献からの実験データをレビューすること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 複雑な全発酵液から、逆ミセルは標的バイオプロダクトをどれほど効果的に選択的に抽出できるか？
• RQ2 抽出性能およびスケーラビリティに影響を与える界面活性剤およびリガンド選定における主な制限要因は何か？
• RQ3 なぜバック抽出工程が逆ミセルを用いた下流工程において主要なボトル neck となっているのか？
• RQ4 逆ミセル系は、どれほど連続的かつスケーラブルかつコスト効率の良いバイオプロセスを可能にするか？
• RQ5 最近の進展により、逆ミセル系の安定性、選択性、および効率性は、バイオテクノロジー分野の応用においてどのように向上したか？

主な発見

• 逆ミセルは、液体-液体系において選択的抽出を実現でき、スケーラビリティに優れるため、下流工程の有望な代替手段である。
• AOT などの界面活性剤の使用により、非極性媒体内に極性バイオマoleculeを封入できる安定な逆ミセルが形成される。
• 標的物質と特異的に結合する親和性を持つリガンドをミセル界面に組み込むことで、高い選択性が達成される。
• 利点がある一方で、バック抽出は抽出効率が低く、抽出されたバイオマoleculeの変性の可能性があるため、依然として大きな課題である。
• 最近の発展により、逆ミセル系の安定性および運用範囲が向上し、連続処理への応用が可能になった。
• 全 broth 加工に起因する下流工程の簡素化とコスト低減の観点から、産業的導入の可能性が極めて高い。