化学修复技术的优缺点精选(九篇)

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第1篇：化学修复技术的优缺点范文

【关键词】农田；重金属污染；生物修复

0 前言

近年来，我国食品安全形式非常严峻，有一部分原因就是农田遭到污染，尤其是重金属污染。据报道，目前我国受砷、铬、铅等重金属污染的耕地而积近2000万平方千米，约占总耕地而积的20%；其中工业“三废”污染耕地1000万平方千米，污水灌溉达330多万平方千米。重金属不能被土壤微生物所分解，易在土壤中蓄积或转化为毒性更大的化合物。土壤重金属污染的特点为长期累积效应、隐蔽性、不可逆性和一定的交互作用。土壤受重金属污染后，影响农作物并通过食物链等影响人体健康，造成中毒危害。另据国土资源部的最新调查显示：每年我国约有1200万吨粮食被重金属所污染，这些粮食足够养活4000万左右的人口，并且这种污染问题日益严重。因此，对农田重金属污染的治理显得尤为迫切。当前，土壤重金属污染的治理方法主要有工程措施、物理化学方法、化学修复方法、以及生物修复方法。本文将重点介绍生物修复法在农田重金属污染治理中的研究进展，同时对生物修复法治理农田重金属污染的研究前景进行展望。

1 简介

生物修复法是指利用生物的生命代谢活动降低环境中有毒有害物质的浓度或使其完全无害，从而使污染的土壤局部地或完全地恢复到原始状态。其优点有：成本低、不破坏土壤生态环境、可以回收再利用贵金属、造成二次污染机会较少。缺点有：周期长、一种植物一般只能提取一种或者几种重金属、而植物固定只是将重金属暂时固定，如果土壤环境发生变化，重金属的毒性作用还有可能再次出现[1]。

2 生物修复法的分类

生物修复作用治理农田重金属污染方法可以分为动物修复法、植物修复法以及微生物修复法。它们有着不同的优缺点。因此，在利用生物技术处理重金属污染时，要结合当地实际，因地制宜，才能达到预期效果。

2.1 动物修复

动物修复是指土壤动物群通过直接的吸收、转化和分解或间接的改善土壤理化性质，提高土壤肥力，促进植物和微生物的生长等作用而修复土壤污染的过程。有关动物修复的研究报道较少，主要集中在有机物和农药污染土壤的修复（如利用蚯蚓等修复）和富营养化水体的修复（如利用滤食性贝类、棘皮动物、河蟹等修复），对重金属污染土壤的动物修复机理仍处于探索阶段[2]。

2.2 微生物修复

利用土壤微生物的蓄积和降解作用来治理土壤重金属污染是一种高效的途径。国内外许多研究己证明，菌根在修复遭受重金属污染的土壤方面发挥着特殊的作用，他们减轻了植物在重金属污染的土壤中的受害程度[3]。

土壤重金属污染的微生物修复是利用微生物的生物活性对重金属的亲和吸附或转化为低毒产物，从而降低重金属的污染程度[4]。利用微生物（藻类、细菌和酵母等）来减轻或消除重金属污染，虽然微生物不能降解和破坏重金属，但是可以通过改变它们的物理或化学特性而影响金属在环境中的迁移和转化。其修复机理包括表面生物大分子吸收转运、细胞代谢、空泡吞饮、生物吸附和氧化还原反应等。微生物对上壤中重金属活性的影响主要体现在以下几个方面：①溶解和沉淀作用；②生物吸附和富集作用；③氧化还原作用。微生物修复技术种类繁多，可进行异位修复、原位修复以及原位/异位联合修复。其中，原位修复操作简单，对原有的土壤环境破坏程度低。微生物修复受各种环境因素的影响较大，氧气、pH、温度、水分等均可影响微生物活性进而影响修复效果，其田间试验效果不是非常理想。因此，为降解菌提供适宜条件以促进其生长繁殖至关重要，这也是今后研究的重点。

2.3 植物修复

植物修复技术是指通过植物自身及共存微生物体系，修复和消除由无机废弃物和有机毒物造成的土壤环境污染的一种技术。

我国野生植物资源丰富，生长在天然的污染环境中的耐重金属植物和野生超积累植物数不胜数。因此开发与利用这些野生植物资源对植物修复的意义十分重大。有关资料表明，大量植物对重金属Cr，Cd，Co，Pb，Ni，Cu，Zn等有很强的吸收积累能力。比如国内有人利用白菜修复重金属污染土壤，如丛孚奇等将白菜用于钥矿区重金属污染土壤的修复研究，结果表明磷酸氢二钠一柠檬酸缓冲溶液能显著提高白菜的地上部富集土壤中重金属元素的能力。李玉双[5]等以沈阳张士灌区重金属污染上壤为修复对象，采用盆栽试验，研究了乙二胺四乙酸（EDTA）对白菜富集重金属及其生长状况的影响。结果表明，EDTA能够提高白菜对上壤中Cu，Cd，Pd 和Zn的植物提取效率。

但是，由于超富集植物一般只能积累某些重金属元素，植物物种的选取受到不同地理气候条件的限制，同时富集植物和超富集植物生物量一般较少，生长速度慢，积累效率低。所以，利用野生抗性植物进行重金属污染土壤的治理还未取得理想结果。这就需要相关科研人员做进一步深入的研究，以求早日获得生长周期短，能吸附多种重金属，积累效率高的重金属富集吸收植物。

2.4 综合修复技术

由于每个地区的污染物来源不同造成各地污染情况有很大的差异。只用一种修复技术往很难达到目标。因此，开发复合修复方法成为土壤重金属污染修复的主要研究方向[6]。现今开始投入应用的复合修复技术的主要类型有动物/植物联合修复、化学/物化一生物联合修复以及植物/微生物联合修复。

3 展望

生物修复技术治理重金属污染土壤以其低成本、高效率、适用范围广和无二次污染等优点已成为重金属污染农田土壤治理中的一个全新研究领域和国内外有关学者研究的热点之一。但是由于其起步晚，难度大，其大部分研究还处于实验室阶段，尚不能有效地应用于重金属农田污染的治理中去，但随着不同学科（遗传学、土壤学、生态学、化学、生理学、环境保护学和生物工程）的相互配合。我们相信该技术会日趋成熟，并且为重金属污染农田的治理贡献出巨大的力量。

【参考文献】

[1]肖鹏飞，等.土壤重金属污染及其植物修复研究[J].辽宁大学学报：自然科学版，2004，31（3）：279-283.

[2]李宇飞.土壤重金属污染的生物修复技术[J].环境科学与技术，2001.34（12H）：148-151.

[3]王真辉.农田土壤重金属污染及其生物修复技术[J].海南大学学报：自然科学版，2002，12：386-387.

[4]阎晓明，何金柱.重金属污染上壤的微生物修复机理及研究进展[J].安徽农业科学，2002，30（6）：877-879，883.

第2篇：化学修复技术的优缺点范文

随着生物技术的发展，多肽类药物在临床上的应用越来越广泛，相应的制剂学研究也日益受到重视。与传统小分子有机药物相比，多肽具有稳定性差、体内半衰期短和生物膜透过性差等特点。在我国，重组人生长激素主要用于儿童内源性生长激素缺乏引起的矮小症、Turner综合症、成人GHD、烧伤及创伤的修复等治疗。随着临床研究的深入，其在抗衰老、骨质疏松和心血管疾病的治疗方面亦显示有很好的疗效。近年来，重组人生长激素相关研究已成为国内外学者研究的热点之一，研究范围从工程菌培养、生产、发酵、纯化、冻干，一直延伸到制剂的改良和稳定性提高等。本文就重组人生长激素的稳定性研究进展作一综述。

1 人生长激素的结构特性和生理作用

人生长激素(hGH)是由脑垂体前叶分泌的一种单一肽链的蛋白质激素，含191个氨基酸残基，分子量为22 KDa，有两个二硫键，无糖基化，是人出生后促生长的最重要激素，有很强的种属特异性。hGH是一种具有广泛生理功能的生长调节剂，能影响几乎所有的组织类型和细胞，甚至包括免疫组织、脑组织及造血系统，其主要作用是刺激骨、软骨细胞的生长和分化，调节蛋白质、糖及脂肪的代谢。hGH发挥功能作用主要经由两个途径：一是诱导肝细胞、肌细胞产生生长激素介质(somatomedin，SM)，再经由SM间接起作用；二是直接作用于靶细胞产生生理效应。无论何种途径，hGH都需要首先同细胞表面特异性受体结合，再由受体介导，激发一系列生化反应并最终产生生物效应。hGH的基本功能是刺激所有机体组织的发育，增加体细胞的大小与数量，hGH的这种促进细胞增殖作用的基础是促进合成代谢。

2 引起重组人生长激素不稳定的因素及其物理、化学不稳定性

重组人生长激素(rhGH)是一种不稳定的蛋白药物，暴露在生理环境中或与有机溶剂接触易发生聚集，形成可溶性和不溶性的蛋白聚集体。一些物理因素如剧烈搅拌、冷冻干燥和射线辐照等也都会加速rhGH聚集。温度和pH值是影响rhGH稳定性的最重要的因素。由于其结构的复杂性，很难总结出温度对蛋白质结构和功能影响的普遍机理。一般来说，温度越高，稳定性越差。蛋白质和多肽都是两性电解质，当蛋白质处于极端pH值时，分子间静电排斥增加，引起蛋白质折叠，这一过程会导致电荷密度降低，即降低静电自由能。极端的pH值会降低盐桥(salt bridge)的形成能力，这也会导致蛋白质稳定性降低。此外，天然结构与去折叠状态内带电基团的pKa值不同，pH值的改变会影响带电基团的性质，导致结构改变。

多肽和蛋白质的不稳定性可以分为两种情况，即物理不稳定性和化学不稳定性。最常见的物理不稳定性是聚合。最常见的化学反应包括以下几种：1)脱酰胺反应。在脱酰胺反应中，Asn／Gin残基水解形成Asp／Glu。非酶催化的脱酰胺反应与环境条件和多肽的结构有关，提高pH值、升高温度都将有利于脱酰胺反应的进行。2)氧化。多肽溶液易氧化的主要原因有两种，一是溶液中有过氧化物的污染，二是多肽的自发氧化。在所有的氨基酸残基中，Met、Cys和His、Trp和Tyr等最易氧化。氧分压、温度和缓冲溶液对氧化也都有影响。3)水解。多肽中的肽键易水解断裂，由Asp参与形成的肽键比其它肽键更易断裂。4)形成错误的二硫键。二硫键之间或二硫键与巯基之间发生交换可形成错误的二硫键，导致三级结构改变和活性丧失。5)消旋。除Gly外，所有氨基酸残基的(3C碳原子都是手性的，易在碱催化下发生消旋反应。6)β消除。β消除是指氨基酸残基中β碳原子上基团的消除。Cys、Set、Thr、Phe和TYr等残基都可通过消除降解。在碱性pH下易发生B消除，温度和金属离子对其也有影响。

3 提高重组人生长激素稳定性的途径

3.1 化学修饰

目前研究最多的是聚乙二醇(PEG)修饰。PEG是一种水溶性高分子化合物，在体内可降解，无毒。PEG与多肽结合后能提高热稳定性，抵抗蛋白酶的降解，降低抗原性，延长体内半衰期。选择合适的修饰方法和控制修饰程度可保持或提高原生物活性。通过高效液相色谱法(HPLC)可对修饰结果进行评价。

3.2 使用添加剂

稳定蛋白质类药物常加入的辅料有糖类、多元醇、表面活性剂、盐、氨基酸和大分子化合物等。糖和多元醇在低浓度下迫使更多的水分子围绕在蛋白质周围，从而提高多肽的稳定性；表面活性剂可降低蛋白质溶液的表面张力，抑制蛋白质在疏水性表面的聚集、沉淀和吸附或阻止蛋白质的化学降解；盐类可以起到稳定蛋白质的作用，也可以破坏蛋白质的稳定性，这主要取决于盐的种类、浓度、离子相互作用的性质及蛋白质的电荷；一些氨基酸单独或与其它辅料并用，通过优先排除机制稳定蛋白质，在冻干过程中，上述物质还可以取代水而与多肽形成氢键来稳定多肽的天然构象，而且还可以提高冻干制品的玻璃化温度；大分子化合物稳定蛋白质的作用机制可能包括大分子的表面活性、优先排除、蛋白质一蛋白质相互作用的空间隐蔽度提高、限制蛋白质运动及优先吸附等。白蛋白(HSA)是稳定蛋白质常用的大分子物质，羟丙基β-环糊精(HP-p-CD)也是较有前途的蛋白质稳定剂。

此外，一些二价金属离子如钙、镁、锌和钴等通过配位作用容易与蛋白质结合，使整个蛋白质结构更加紧实和稳定，从而使蛋白质稳定。使用不同的测试手段，如热力学法和凝胶法可测试金属离子和生长激素的结合部位。生长激素中的组氨酸的咪唑基、半胱氨酸的巯基可能是生长激素中的金属结合位点。关于金属离子对生长激素的影响可采用多种方法从不同角度去测量，如用差热法去检测钙离子对重组人生长激素的影响，用热稳定性检测镁离子对于生长激素的作用，测试钴离子的金属键对生长激素的影响”等。结果表明，金属离子确实使生长激素的稳定性有所提高，但是其反应的机理和过程尚不明确，而且，对于测量方法也没有最佳的评价方法，每个方法都有各自的优缺点。

3.3 其它

多肽发生的一系列化学反应如脱酰胺、消除和水解等都需要水参与，水含量降低还可使多肽的变性温度升高，因此，使用冻干技术可提高多肽的稳定性。此外，通过使用生物降解材料，如聚乙交酯－丙交酯、乳酸羟基乙酸共聚物等制备重组人生长激素微球可达到较好的释放效果并提高其稳定性。通过基因工程手段替换引起多肽不稳定的残基或引入能增加多肽稳定性的残基可提高多肽的稳定性。

4 重组人生长激素的分析检测

rhGH属于多肽类药物的一种，其检测方法与多肽类药物相同。常用方法主要有高效液相色谱(HPLC)、

毛细管电泳(HPCE)、质谱、凝胶电泳等法。检测目的主要包括等电点测定(CIEF技术)、分子量测定(SDS―PAGE和SDS―CGE)、稳定性研究(HPCE辅以基质辅助激光解吸质谱法)、氨基酸组成分析(Edman酶解、化学降解法或直接多肽特异酶解后经HPCE和HPLC分离进入氨基酸自动分析仪进行序列测定)以及结构分析(质谱、核磁共振、傅立叶红外转换光谱、圆二柱色谱)等。

4.1 高效液相色谱

HPLC法是检测多肽组分含量、纯度最常用和最成熟的一种方法。其中，反相色谱柱对多肽类药物的分析占高效液相色谱分析的80％以上。

4.2 毛细管电泳

HPCE主要用于多肽纯度的鉴定。与HPLC法相比，HPCE具有更高的分辨率和灵敏度，某些纯化的多肽在凝胶电泳和HPLC上鉴定纯度为100％，但用HPCE分析纯度仅90％。同时，HPCE法的进样量也更少。

4.3 DSC热差分析仪

使用热差分析仪可对蛋白质药物的热稳定性进行分析。

4.4 快原子轰击质谱

快原子轰击质谱是准确测定多肽物质分子量的有效方法。由于不易获得碎片峰，其在测定多肽顺序上有困难，应用串联质谱可解决这一问题。通过快原子轰击质谱确定多肽分子量，在此基础上通过活化碰撞(CA)技术可对氨基酸序列进行识别。

4.5 电喷雾电离质谱

电喷雾电离质谱依靠强电场使分子电离。电喷雾技术与串联质谱联用，不仅能测定生物分子的分子量，而且能确定多肽和蛋白质的序列信息。

4.6 基质辅助的激光解吸电离飞行时间质谱技术

基质辅助的激光解吸电离飞行时间质谱技术具有操作简单、灵敏度高、质量分辨率高和测定质量范围宽等特点，非常适合生物分子和高聚物的分子量测定。

4.7 核磁共振

核磁共振(NMR)可用于确定氨基酸序列，并可对混合物中的各组分含量进行分析。