生物制药中膜分离技术的主要应用探究
膜分离技术是将介质分离技术与材料科学相结合的产物，下面是小编搜集的一篇关于生物制药中膜分离技术探究的论文范文，供大家阅读参考。
膜分离技术的主要优点包括：分离的效率高、常温中操作、所需设备简单、无污染、低能耗、高自动化程度、分离产物容易回收以及无相变等。膜分离技术的应用领域非常广泛，主要包括：化工、发酵、食品、水处理以及制药等。近年来，在生物制药方面开始广泛使用膜分离技术，该技术的应用凸显了其优势。
1主要膜分离技术及其原理介绍
1.1微滤。微滤是膜分离技术中发展最早，应用和制备都最成熟的技术。其原理是利用膜孔对于不同大小微粒的筛分作用来进行分离。膜孔径为0.1-10μm,工作必需压力为0.01-0.2MPa,专门用于分离尺寸大于0.1μm的微粒，截留气相或者液相里细菌、微粒、亚微粒以及胶团等等不溶物，来达到除菌的目的。
1.2超滤。超滤的性能和分离原理都与微滤相同，而膜孔径则为50nm-1μm,工作必需压力为0.1-1MPa.超滤专门用于分离尺寸大于0.02μm的微粒以及相对分子质量范围在1000-100000D,如蛋白质、热原和病菌等大分子物质，可以达到提高有效成分的浓度、制备口服液与注射液的目的。
1.3纳滤。纳滤是一种近几年才出现的滤孔膜，膜孔径为0.1-50nm,工作必需压力为0.3-0.7MPa.纳滤专门用于分离尺寸在300-1000D的微粒。仅能使小分子有机物、无机盐和溶剂通过，应用于药物有效成分的分离纯化。
1.4渗透和反渗透。渗透和反渗透的膜孔径小于0.1nm,是以压力差和化学势作为推动力，对溶液纯化分离与浓缩的操作。渗透技术主要用来浓缩溶液，而反渗透技术则用于生产饮用水、淡化海水、重金属废水的处理以及精制、分离生物制品。
2膜分离技术在生物制药中的应用
2.1膜分离技术在抗生素提炼中的应用。抗生素在传统生产过程中，过程比较冗长，要经过①过滤，②萃取，③浓缩，④结晶等许多步骤，而应用膜分离技术则可使过程变得更加简便，如Adikane等人发现用微滤膜来对青霉素G发酵液中的菌丝体进行清楚的话，青霉素G回收率可以高达98%.蔡肖邦应用聚酯胺纳滤膜来分离与浓缩螺旋霉素，在操作压力达1.5MPa,进料流量达55L/h的条件下，几乎全部螺旋霉素都被截留，渗透通量高达30LMH.刘路应用超滤、纳滤组合分离的技术，对林可霉发酵液进行纯化浓缩，使得溶媒与能源都得到很大的节省，减少了许多工艺上的步骤，大大提高了产品的质量。另外，膜分离技术还广泛应用在了青霉素、红霉素以及链霉素等抗生素生产的过程中，随着技术的发展，膜分离技术在对于抗生素的生产中的应用将会有更大的'前景。
2.2膜分离技术在氨基酸和多肽分离中的应用。氨基酸和多肽同属于两性化合物，它们分子中都同时含有正、负两种电荷基团，在等电点的时候为电中性，当高或低于电点时则带正或者负电荷，不同的种类的氨基酸与多肽具有不同的等电点，如鸟氨酸为9.7、异白氨酸为5.9、天冬氨酸为2.8.依据道南效应，即电荷的同性相斥、异性相吸，利用带电荷型的分离膜对离子具有较高的截留率，只需改变pH值就能分离不同种类的氨基酸和多肽了。也就是说，一般的电荷型分离膜对等点状态的氨基酸与多肽溶质的几乎没有截留作用，而对于带点状态的氨基酸与多肽溶质就会有较高的截留作用。带电型分离膜对于氨基酸和多肽的截留率与pH值呈函数关系，根据不同氨基酸和多肽的不同等电点，就可以改变pH值而对不同的氨基酸和多肽进行分离了。如：
Tsuru等人通过对溶液pH值得调节，成功完成了几种氨基酸和多肽的混合溶液的分离实验。Garem等人采用了无机与高分子复合型的纳滤膜来对3种多肽和9种氨基酸进行了分离实验，比起传统的分离实验，降低了成本，简化了工艺流程，并且得到了更高的分离质量与效率。此外，膜分离技术应用在生物反应器的耦合、发酵液浓缩等方面都取得了良好的成果，因此随着该技术的不断更新与发展，该技术在生物制药的应用中将有更好的前景。
2.3膜分离技术在制备维生素C中的应用。目前，制备维生素C的方式主要有两步发酵法和莱式法两种。其中的两步发酵法这一生产工艺是由我们国家的技术人员首创的，采用山梨醇来直接通过发酵制备Vc中间体2-酮基-L-古龙酸，包括了①发酵，②提取，③转化三个步骤，由于是采用的细菌发酵，因此发酵液里还有蛋白质、菌丝体与悬浮微粒等等杂质残留，传统工艺一般是采取加热沉淀法来除去这些杂质，但这种方法既耗能，而且会损失一定的古龙酸，而膜分离技术则能够很好的弥补这一缺陷，如：李春燕等人采用了Sun-flo超滤膜系统，应用超滤法来去除发酵液中的菌丝体、悬浮颗粒以及蛋白质等等杂质的残余，可以减少预处理、高温加热以及离心等等的工序，一方面降低了能耗，另一方面也减少了古龙酸的损失率。张林茂等人采用平板超滤膜系统，对东北制药厂的维生素生产线进行了升级改造，结果使得工厂的工艺流程大幅度缩短，减少了生产成本，产品质量也得到了明显提升。所以，将膜分离技术运用于维生素C的制备中，既可以提高生产效率也能够降低生产成本。
3膜分离技术在生物制药中应用所存在的问题与改进的方法
3.1膜分离技术存在的问题。当今制约膜分离技术在生物制药中应用的主要问题就是关于膜材料的问题，膜材料问题会导致通量衰减、膜的寿命、膜污染的清除等等问题，因此，能否可以开发出一种耐污染、低成本与抗劣化的膜材料是推广膜分离技术在生物制药中应用的核心问题。另外就是膜污染的问题，膜污染指的是膜在过程与溶液中的胶体粒子、微粒或者溶质分子发生化学反应或者因为浓度的极化使得一些溶质在膜表面的浓度超过正常溶解度以及机械作用使得在膜孔内沉淀、吸附而堵塞膜孔，使膜产生分离特性与透过流量的不可逆变化现象。
3.2改进的方法。目前根据膜材料的问题，我们主要有三种处理与改进的方法：①使用复合膜，②改变膜表面的电荷和极性，③使用无机材料膜。另外，针对膜污染的问题，我们可以采取物理法和化学法结合的方法，来去除膜孔内的污染物，恢复膜的透水量，延长膜的使用寿命。
4小结与展望
膜分离技术作为新兴的分离技术，该方法在生物制药中的应用相比传统的方法，已经显示出明显的优势，但是其中还存在许多问题需要我们专家的解决，而随着科学技术的不断发展，膜分离技术的发展应用将更加完善，在生物制药的应用中获得更大的成果，促进我国生物制药的进一步发展。
参考文献
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