膜分离技术的概述与应用

　1.概述

　　生物制剂生产过程中的吸附法、溶剂萃取法、离子交换法和沉淀法是传统的提取方法，每种方法都有其各自的特点，但是一般都具有工艺复杂繁琐、所需时间长、易变性失活、浪费大量原材料、耗能高、回收率低、废水污染不易处理等劣势。 而膜分离技术作为一种新型的分离、浓缩、提纯及净化技术，具有操作简便、不破坏产品结构、节能、少污染和可在常温下连续操作、可直接放大、可专一配膜等特点，且各种膜过程具有不同的分离机制，适于不同对象和要求。因其具有适于热敏物质的分离的特点，在生物制药领域得到广泛应用，主要涉及的膜分离技术主要有微滤、超滤、纳滤、液膜分离和反渗透的技术。

　　2.膜分离技术应用的概况

　　2.1 膜分离技术的发展史

　　膜在生物体内广泛存在，但是对膜的认知、利用、研究及现在的人工合成却是个漫长的发展过程 . 1958 年，我国从 研究离子交换膜开始，20 世纪 60 年代是个开创的时期，1965 年开始反渗透的探索，1967 年开始全国海水淡化会战， 开启了我国膜技术的初期发展。 进入 20 世纪 70 年代后，微滤、电渗析、反渗透和超滤等各种膜和组件都相继得到开发。 20 世纪 80 年代跨入推广阶段，膜技术得以广泛应用，同时一些新的膜技术不断被开发利用。

　　2.2 膜分离技术的现状

　　20 世纪 80 年代以来我国的膜分离技术跨入应用阶段 ,这项技术已从实验室过度到工业生产的大规模应用，同时我国也建立了关于膜技术的国家重点科技攻关项目，使得新的膜技术在不断的被开发利用。 目前膜技术在生物制药、食品、环保、水处理、化工等领域内得到了大规模的开发和应用， 这一新兴的行业正在快速发展阶段，为各个企业带来了巨大的经济效益、社会效益和环境效益。

　　3.膜分离技术的应用

　　3.1 膜分离技术的原理

　　是通过人工材料（ 膜）实现不同介质分离的技术，多以压力、浓度差、电位差等作为驱动力进行分离。

　　3.2 膜技术在生物制药领域分离纯化中的应用

　　相较于传统的提炼工艺，采用膜分离技术工艺可简化为：发酵液→超滤→。纳滤（ 反渗透）→脱色→干燥→产品。 并以简化工艺、减少一次性投资、操作简单、运行费用低、节约资源，不破坏产品结构、分离效率高、产品收率和质量高及溶剂消耗大幅简单而减少废水处理难度等优势被广泛应用于生物制药领域。

　　根据截留组分直径的大小，将膜过程分为微滤、超滤、纳滤（ 反渗透）、渗透蒸发、渗析、电渗析、气体分离等。

　　微滤膜是利用分子筛的原理，用以截留直径在 0.01- 10um 以上的粒子，主要用于细胞的收集，还可做为超滤的预处理对固液进行分离。

　　超滤膜是利用高分子膜选择渗透性，以一定的压力和流速作为驱动力，在常温下使小于膜孔径的低分子透过膜而大分子物质被截留。 目前开发出的超滤膜可以按照截留分子的大小选择适合孔径的滤膜（ 孔径一般在 2- 50nm），主要用于酶、病毒、蛋白质和多糖等大分子物质的截留，从而达到对目标产物进行纯化的目的。

　　反渗透是利用溶解扩散的原理，溶剂可通过，盐、氨基酸等小分子物质被截留，主要用于小分子有机物的浓缩。

　　纳滤膜表面具有负电性，具有抗水垢污染的优良特性，利用其对小分子有机物的较高截留性可用于对目标产物的浓缩，一般它的孔径为 2nm 左右。

　　膜分离技术在生物制药领域主要用于澄清纯化和浓缩提纯。

　　a.超 / 微滤膜系统是主要的澄清纯化 系统 ,它可取代传统工艺中的自然沉降、离心机分离、溶媒萃取、树脂提纯、活性炭脱色等工艺过程，所得产品为纯溶液，产品的稳定性好，具有较高的分离收效率，因其纯化过程不需添加化学试剂、溶媒溶剂等，所以也不会引入二次污染物。

　　b.纳滤膜系统是主要的浓缩提纯技术 ,常被用于溶液中低分子物质的洗脱和离子组分的调整、溶液体系的分离、精制、浓缩工艺中，取代传统工艺中的冷冻干燥、薄膜蒸发、离子交换除盐、树脂工艺浓缩和中和等工艺过程。 具有不破坏有效成分、工艺收率高、可提高产品纯度及可回收溶液中的酸、碱、醇等物质的优点。

　　结束语

　　膜分离技术在生物制药领域将的到越来越广泛的应用，但是它本身也存在一些问题。 例如与色谱法比较分离精度不高，同时也无法做到组分之间的分离；容易在膜上形成附着层，造成膜通量降低；膜的清洁工作也很难操作；膜的耐用性差，寿命有限。 这几点都影响膜分离技术在生物制药领域的应用，改进和解决上面几个问题就成为了膜技术未来发展的一大方向。

　　膜分离技术作为一种新型的分离技术在不断的发展， 在未来，膜技术将在与其他学科交叉的的基础上逐渐形成比较完整的体系，不断扩大这项技术的应用领域。