摘要
随着近些年生物技术的快速发展，大分子药物的数量不断增加。虽然当前的大分子药物以液体蛋白质为主，但蛋白质晶体具有很多潜在的优势，如较高的生物活性和稳定性等。由于蛋白质的大分子结构相对复杂，其工业化结晶生产的优化和控制仍存在诸多技术难题。 实际工业化生产通常对蛋白质结晶产品存在多方面要求。本文以鸡蛋清溶菌酶作为模型蛋白，研究了其结晶过程的多目标优化问题。基于群体粒数衡算模型与多目标遗传算法，建立了两者的耦合算法作为问题求解工具。首先建立了晶体形状目标函数和粒度分布目标函数，基于对帕累托前沿的分析确定了最优冷却温度。结果表明蛋白质结晶过程中的过饱和度显著高于通常的小分子结晶。同时，两个目标函数相互影响，由于形状目标函数的支配作用，蛋白质晶体从初始的棒状逐渐演化为板状。 进一步将晶体产量作为第三个指标，与上述两个指标共同构成三目标优化问题。研究发现三目标结果与双目标结果存在较大差异。相对于双目标算例的11.88％收率，产量目标的引入将其提升到59.65％，效果显著。两算例的不同过饱和度变化特征导致两者不同的最终晶体形状。三个目标共同决定了晶体群体的生长行为;相对而言，形状目标与产量目标具有更大的支配性。相关规律对蛋白质工业结晶具有一定的指导意义。 最后，通过96孔板和24孔结晶板进行蛋白质结晶实验，得到了最大粒径为800μm的蛋白质晶体。使用高倍显微镜发现了螺旋位错现象，其形成原因主要是为了促进蛋白质溶液在较低浓度时的晶体持续增长。根据24孔结晶板的筛选结果放大到50mL的夹套反应器内进行高浓度放大结晶，通过搅拌和未搅拌两种方式得到两批不同粒径的晶体。比较发现在机械搅拌的条件下所获得的晶体粒径相对均匀，并没有产生孪晶现象。
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