“磺胺一号”新生产线,像一剂强心针,让整个基地医药研发部门士气大振。
但欣曦月和穆勒博士等人也并不能只关注磺胺,因为另一个更艰巨的挑战已经摆在了面前,实验室阶段的青霉素提纯与品质提升。
在基地深处一座戒备更加森严的实验室内,气氛与外面热火朝天的生产车间截然不同。
这里安静得只能听到仪器运转的微弱嗡鸣和研究人员刻意放轻的脚步声。
空气中弥漫着培养基特有的微酸气味以及各种化学试剂的味道。
欣曦月脱下白大褂,换上无菌服,走进核心培养室。
几个年轻的助手正小心翼翼地观察着玻璃器皿中不同批次的青霉菌发酵情况。
看到欣曦月进来,一个戴着厚厚眼镜的年轻研究员,名叫王先念,立刻拿着记录本走了过来,眉头紧锁。
“欣医生,还是老问题。”王先念的声音带着疲惫和沮丧,
“3号菌株的发酵效价这个批次又掉下来了,只有不到40单位\/毫升。
而且杂质太多,后续的提取和纯化步骤损失非常大,最后得到的青霉素粉末,活性连理论值的三分之一都不到,色泽和溶解性也都不理想。”
欣曦月接过记录本,仔细看着上面密密麻麻的数据。
这已经是他们筛选和改良的第十七批菌株了,虽然比最初从自然界分离的原始菌株有了很大进步,但距离能够工业化生产高纯度、高活性青霉素的目标,还差得很远。
“杂质图谱分析做了吗?”欣曦月问道。
“做了。”另一个负责分析的女研究员递过来一张色谱图,上面布满了高低不平的峰线,
“您看,除了目标青霉素G,还检测到了至少五六种结构相似的副产物和降解产物。
我们现有的萃取和结晶工艺很难将它们有效分离,这就是导致产品纯度和活性低下的主要原因。”
这时,实验室的门被推开,穆勒博士也穿着无菌服走了进来。
他听完王先念的汇报,又看了看色谱图,沉吟了片刻。
“问题很典型。”穆勒博士用他惯有的冷静语气分析道,
“菌株的产抗能力不稳定,发酵过程控制不精确,导致副产物增多。
而后续的提取纯化技术,你们目前采用的溶剂萃取法和活性炭吸附法,效率太低,
选择性也不好,在去除杂质的同时,也造成了大量目标产品的损失。”
他走到一排正在缓慢振荡的培养瓶前,指着里面浑浊的发酵液说:
“关键在于两个环节必须同时突破:第一,找到或者培育出更高产、更稳定的青霉菌菌株;
第二,开发出更高效、更温和的分离纯化技术,特别是大规模柱层析技术。”
“柱层析?”王先念和其他几个年轻研究员都露出了困惑的表情。
这个概念在此时还非常前沿,即使在欧美也仅限于小规模实验室应用。
“是的。”穆勒博士肯定地点点头,
“利用不同物质在固定相和流动相中分配系数的差异进行分离,理论上可以实现对青霉素及其杂质的高精度分离。
但这需要找到合适的层析介质,以及设计配套的大规模层析柱和控制系统。
这在工程上是一个巨大的挑战。”
欣曦月眼神却亮了起来:“穆勒博士,您是说,像沙子里过滤水一样,但用的是更精细的‘沙子’,让不同的成分以不同的速度流出来?”
“可以这么通俗的理解,欣医生。”
穆勒博士难得地露出一丝微笑,“但我们需要的是能特异性吸附青霉素,或者能让杂质被吸附而青霉素顺利通过的‘智能沙子’。”
方向是明确了,但前路依然布满荆棘。
菌株的改良是一个需要耐心和运气的工作。
欣曦月带领生物学背景的研究员,开始了漫长而枯燥的诱变育种过程。
他们利用能找到的紫外线灯、甚至一些化学诱变剂,对青霉菌孢子进行照射和处理,然后筛选成千上万个单菌落,希望能找到那个“超级工人”。
这个过程极其繁琐,实验室的灯光常常亮到深夜。
与此同时,穆勒博士和詹姆斯,以及被临时抽调过来的几位化学工程专家,则开始攻关柱层析技术。
最大的难题是层析介质的选择和制备。
“现有的硅胶和氧化铝吸附性太强,青霉素上去就下不来了。”詹姆斯对着初步测试失败的数据直摇头,
“我们需要表面性质更温和,孔径分布更均匀的材料。”
一位从英国“邀请”来的材料化学家,怀特博士,提出了一个设想:
“或许我们可以尝试合成一些有机聚合物微球,比如交联聚苯乙烯,通过控制交联度和引入不同的功能基团,来调节其吸附选择性。”
这个想法很大胆,但合成这样的聚合物微球本身就是一个难题。
怀特博士带着他的小组,在化学实验室里开始了反复的试验。
失败是家常便饭,经常是得到一堆黏糊糊的胶体或者颗粒大小不均的废品。
柯明义偶尔会来实验室看看,他从不指手画脚,只是安静地观察,有时会问一些关键问题,比如:
“培养环境的ph值和溶氧量对菌株产抗影响大吗?
或者“如果层析介质一时半会搞不定,有没有可能先用现有技术进行粗提,再结合其他方法进行精制?”
他的问题往往能给陷入思维定式的研究人员带来新的启发。
他看到研究员们正在用昂贵的乙醚进行萃取,便若有所思地说:“我记得有些资料提到,可以用醋酸丁酯代替乙醚,不仅更安全,对青霉素的选择性也更好,回收率可能会提高。”
这个来自后世知识的模糊记忆点,让穆勒博士等人眼前一亮,立刻安排对比实验。
结果证实,使用醋酸丁酯作为萃取溶剂,确实能有效提高青霉素的提取效率和初步纯度!
这虽然只是整个复杂工艺中的一小步改进,却极大地鼓舞了团队的士气。
时间就在无数次的失败、调整和微小的进步中流逝,转眼到了1939年的秋天。
一天凌晨,王先念像往常一样,早早来到实验室,检查昨晚进行诱变处理的培养皿。
当他走到最里面一个实验台时,突然愣住了。
在一个标记着“x-42”批次的培养皿中,青霉菌落的形态显得格外不同,菌落更大,色泽也更鲜亮。
他强压住激动的心情,立刻按照标准流程,将这个菌落分离出来,进行摇瓶发酵试验。
24小时后,当他检测发酵液效价时,手都忍不住有些颤抖,读数显示,达到了惊人的120单位\/毫升!
几乎是之前最好菌株的三倍!
“欣医生,穆勒博士,你们快来看!”王先念几乎是喊着跑出了培养室。
很快,所有人都围了过来。
经过反复验证,x-42菌株不仅效价高,而且遗传稳定性良好,副产物的生成量也显着降低!
“太好了!我们找到了!”欣曦月看着检测报告,声音都有些哽咽,这大半年来的辛苦,终于看到了曙光。
几乎在同一时期,怀特博士那边也传来了好消息。
经过无数次调整聚合配方和反应条件,他们终于成功合成出了一种粒径相对均一、表面带有羧基功能团的聚苯乙烯-二乙烯苯微球。
初步测试表明,这种微球对青霉素及其主要杂质表现出良好的选择性吸附差异!
穆勒博士立刻组织人手,根据这种新型层析介质的特性,设计并加工了一套小型的玻璃层析柱系统。
当第一次使用x-42菌株的发酵液提取物,经过这套层析系统分离后,收集到的主要组分经检测,青霉素的纯度达到了惊人的85%以上,活性也基本得到了保留!
实验室里爆发出比“磺胺一号”试车成功时更加热烈的欢呼!
王先念和几个年轻研究员甚至激动地跳了起来,互相拍打着肩膀。
穆勒博士和怀特博士也紧紧握手,脸上露出了难得的、灿烂的笑容。
欣曦月拿起那一小瓶经过初步层析纯化、呈现出诱人白色的青霉素冻干粉,走到柯明义面前,她的眼睛里闪烁着泪光和喜悦:
“明义,你看,我们做到了!实验室阶段的品质瓶颈,终于突破了!”
柯明义接过小瓶,仔细端详着,内心也是心潮澎湃。
这小小的一瓶粉末,意味着无数濒临死亡的生命将被拉回人间。
他抬起头,看着眼前这些疲惫却兴奋的研究人员,郑重地说:“辛苦了,各位!这是历史性的突破!但这还不是终点。”
他顿了顿,环视众人,语气坚定地继续说道:“接下来,我们的任务更加艰巨。我们要以x-42菌株和这套层析纯化技术为核心,
参考‘磺胺一号’的成功经验,开始设计建设我们自己的、大规模青霉素工业化生产线!
我们要让这种‘神药’,不再仅仅是实验室的珍品,而是能够源源不断生产出来,送到每一个需要的战士和百姓手中!”