一、引言
蛋白质药物因其作用靶点精准、副作用低等优势，在现代生物医药领域占据重要地位。从重组蛋白的表达、沉淀回收、超滤浓缩，到最终制剂澄清与无菌过滤，台式及工业离心机贯穿整个蛋白药物制备流程。其高速、温控、定时等功能，不仅提高产率和纯度，还保证了产品稳定性和安全性。本文将系统探讨离心技术在蛋白药物制剂中的关键应用环节、参数优化、质量控制及产业化放大等方面的实践要点。
二、蛋白表达体系与初步分离
表达宿主破碎与裂解混合物处理
· 在大肠杆菌、酵母或哺乳动物细胞表达重组蛋白后，细胞破碎（超声、法式压力均可），所得裂解液含有细胞碎片、核酸、多糖及目标蛋白。
· 首次离心（4 000–10 000 ×g，10–20 min，4 ℃）可迅速去除大颗粒细胞碎片和未破裂细胞，为后续上清液纯化减少杂质负荷。包涵体蛋白回收
· 对于在细胞内以包涵体形式沉淀的高表达蛋白，离心机在细胞裂解后进行第一次低速离心（5 000–8 000 ×g，10 min），回收包涵体沉淀。
· 提高回收率的关键是调整转速与时间，既要保证包涵体完整沉降，又要减少可溶性蛋白的非特异沉降。
三、上清液澄清与核酸去除
澄清离心
· 经过初步裂解与包涵体回收后，上清液中仍含有细小脂质体、膜片和高分子聚集体。中速离心（15 000–30 000 ×g，20–30 min，4 ℃）可有效清除这些微粒，为亲和层析或离子交换提供清澈进样液。
· 离心温度控制在4 ℃以内，避免热敏蛋白变性或聚集。核酸酶预处理与二次离心
· 裂解液中游离核酸增加黏度，影响流体力学和分离效率。添加DNase I/RNase A后，37 ℃孵育一定时间，再次低速离心去除降解的细胞碎片，提高整个流程通量。
四、蛋白浓缩与缓冲液交换
离心超滤浓缩（管式或立式）
· 采用中空纤维或膜组件，配合离心机转子，根据分子量截留特性，可将蛋白浓缩至所需体积，同时实现更换上样缓冲。
· 参数：转速通常为2 000–5 000 ×g，时间视膜通量而定（15–60 min），需避免过高速率产生剪切力损伤蛋白。多次稀释循环（Diafiltration）
· 浓缩后加入新缓冲反复循环，直至达到目标盐度或pH，取代上一阶段洗脱液，有助于后续稳定剂或辅料添加，提升制剂稳定性。
五、纯化后蛋白澄清与去菌
柱后澄清
· 亲和或层析柱洗脱的蛋白溶液常含有细小颗粒或杂蛋白聚集体。二次澄清离心（10 000–20 000 ×g，10–15 min）可减少上游微粒负载，保护后端超滤膜或过滤器。无菌过滤前处理
· 为保证无菌制剂的安全性，必须通过0.22 μm或更细孔径滤膜。离心澄清可预先去除悬浮微粒，延长无菌过滤寿命、减少膜堵塞风险。
六、病毒去除与安全评价
病毒清除离心
· 对于哺乳动物细胞表达系统，必须确保病毒安全性。可利用梯度离心（蔗糖、聚乙二醇或钠吡哆钠梯度）富集或去除病毒颗粒。
· 梯度离心参数：100 000–150 000 ×g，2–4 h，4 ℃，实现高纯度分层收集，同时检测梯度带中病毒含量，保证安全指标。病毒完整性与残留检测
· 分层后取样，PCR或生物检测法评估病毒载量，并确保满足ICH Q5A《病毒安全性评价》要求。
七、制剂定型与冻干前处理
冻干前澄清与预浓缩
· 配制冻干制剂时，要求蛋白在液相稳定性高且去除微粒。离心澄清可与超滤联用，准确控制终浓度与辅料浓度，确保冻干成品均匀性。除泡与脱气
· 冻干瓶装前需除泡，轻速离心（500–1 000 ×g，1–2 min）或真空脱气，减少气泡对冻干过程和闭塞性影响。
八、质量控制与过程验证
过程中一致性
· 设计关键工艺参数（转速、时间、温度）范围，在离心步骤执行过程中，通过在线或离线监测（UV280、颗粒计数）确保批次间一致性。验证离心机性能
· 定期对离心机进行转速校准、温控验证及载荷平衡测试，确保设备性能稳定。清洁验证（CIP）
· 对于制剂生产线，离心机构件（转子、桶体）需满足清洁验证标准。通过TVC、生化残留和蛋白残留检测，确保交叉污染可控。
九、产业化放大与设备选型
台式向工业化平移
· 研发阶段常用台式离心机（几升级），产业化需选用大容量连续或批量离心设备（塔式、盘式或螺杆式离心机），保持转速与分离效率一致。装置集成与自动化
· 与上游反应器、层析设备及下游填充机联动，通过PLC或SCADA系统实现自动给料、离心、卸料、清洗一体化。
十、绿色制程与可持续发展
能耗与水耗优化
· 在离心机选型中，优先选择变频节能机型并利用预冷循环系统，减少冷却用水和电能消耗；废液与废弃物处理
· 分离结束后，废上清与废液应分类处理，蛋白废弃物可生化降解或焚烧，减少环境负担；循环利用转子与配件
· 采用耐高温耐腐蚀材料转子，支持高频CIP/SIP及多次灭菌循环，延长使用寿命，降低一次性耗材。
十一、结语
离心技术在蛋白药物制剂的每个阶段发挥着核心作用：从细胞裂解、包涵体回收、上清澄清，到浓缩、缓冲交换、冻干前处理及病毒去除，离心机参与并保障了产品的产率、纯度与安全性。通过参数优化、过程验证与产业化放大，以及绿色可持续设计，离心设备将更好地服务于现代蛋白质药物的高效生产与质量保证，为患者提供更加安全、稳定的生物制剂。
