研究對(duì)象

膜技術(shù)在微生物藥物分離純化中的應(yīng)用摘 要:介紹了分離膜的種類(lèi)，包括微濾膜、超濾膜、納濾膜、反滲透膜、液膜，和色譜分離膜，以及它們的基本特性。并討論了膜分離技術(shù)在微生物藥物分離中的應(yīng)用和膜材料，膜組件及膜裝置在該領(lǐng)域的一些研究進(jìn)展，最后總結(jié)了膜分離機(jī)制發(fā)展過(guò)程，研究現(xiàn)狀和前景。關(guān)鍵詞:膜技術(shù) 分離純化 微生物藥物

據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，分離、純化和濃縮部分在微生物制藥產(chǎn)品的總成本中占相當(dāng)高的比例,應(yīng)用現(xiàn)代分離、純化和濃縮工藝是提高制藥工業(yè)經(jīng)濟(jì)效益或減少投資的重要途徑。膜分離技術(shù)利用各種不同性質(zhì)的膜作為分離材料,對(duì)不同體系中物質(zhì)進(jìn)行分離、純化、濃集,是一種高新技術(shù),具有不發(fā)生相變（滲透氣化除外）、常溫進(jìn)行、適用范圍廣、裝置簡(jiǎn)單、干凈無(wú)污染等特點(diǎn)。

1膜的分類(lèi)膜可分為生物膜和合成膜兩大類(lèi)。生物膜的存在具有重要意義，試想如果體內(nèi)沒(méi)有它對(duì)物質(zhì)的選擇性透過(guò)作用，那體內(nèi)將混沌一片。因此，如果能得到穩(wěn)定的生物膜，將能高效地分離出所需的物質(zhì)。但由于技術(shù)的原因，為了適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)，只能使用人工合成的膜。合成的膜可以由有機(jī)的或無(wú)機(jī)的材料制造。每種膜都是一類(lèi)過(guò)濾單元，與通常的過(guò)濾分離過(guò)程一樣，要求被分離的混合物中至少有一種組分幾乎可以wu阻礙地通過(guò)膜。從膜的相態(tài)上分，主要包括 ①固相膜 ②液相膜。此外還有色譜分離膜等。

1.1 按膜孔徑大小不同，固相膜可分為:微濾膜、超濾膜、納濾膜、反滲透膜。

四種基本膜分離技術(shù)的主要特點(diǎn) 推動(dòng)力 適用的分離范圍 分離機(jī)理 應(yīng) 用微濾（MF） 壓力差~0.1MPA 0.01~10微米 篩分 無(wú)菌過(guò)濾、細(xì)胞收集除顆粒物及細(xì)菌 超濾（UF） 壓力差0.1~1MPA 0.001~0.01微米 篩分 除菌絲病毒、熱原和蛋白納濾（NF） 壓力差0.5~1.5MPA 切割分子量（MWCO）200~1000 Donna效應(yīng)吸附-擴(kuò)散 藥物的純化、濃縮脫鹽和回收

反滲透（RO） 壓力差1~10MPA 離子級(jí) 吸附-擴(kuò)散 無(wú)機(jī)鹽、金屬離子等的去除

1.2 液（相）膜 （liquid membrane） 液膜是兩相間形成界面的一液相膜。可分為乳狀液膜和支持液膜。60年代初，Martin在研究反滲透脫鹽時(shí)發(fā)現(xiàn)的，他把百分之幾的聚乙烯甲醚加入鹽水進(jìn)料中，結(jié)果在醋酸纖維膜和鹽溶液之間的表面上形成了一張液膜。由于這張液膜的存在而使鹽的滲透量稍有降低，但選擇透過(guò)性卻明顯增大。此液膜是覆蓋在固膜之上的，因此稱(chēng)之為支撐液膜。60年代中后期，美籍華裔黎念之（Norman N. Li）博士在用DuNuoy環(huán)法測(cè)定表面張力觀察到皂草甙表面活性劑的水溶液和油作實(shí)驗(yàn)時(shí)能形成很強(qiáng)的能夠掛住的界面膜，從而發(fā)現(xiàn)了不帶固膜支撐的新型液膜。這種新型液膜可以制成乳狀液，膜很薄且面積大，因此處理能力比固膜和支撐性液膜大得多，這一重大技術(shù)發(fā)現(xiàn)奠定了液膜技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。 液膜主要由膜溶劑、乳化劑和添加劑組成，該技術(shù)是一種集萃取與反萃取于一體的新興膜分離技術(shù)，如今這種區(qū)別于固膜分離的液膜分離技術(shù)也應(yīng)用到了微生物制藥的領(lǐng)域中。

1.3 色譜膜（membrane chromatography）在傳統(tǒng)的研究中,膜分離和色譜分離是2 個(gè)平行發(fā)展的研究方向,在生物分子的分離和純化方面各具特色,但也存在著一些不可克服的技術(shù)缺陷。 隨著生物工程和生命科學(xué)的迅速發(fā)展,對(duì)生物大分子分離純化的要求越來(lái)越苛刻. 為獲得高純度、高質(zhì)量、低成本的生物產(chǎn)品,突破傳統(tǒng)的分離方法,尋找一種既經(jīng)濟(jì)又有效的新型分離途徑已成為迫切需要，于是色譜膜分離技術(shù)出現(xiàn)了，它集合了兩者的優(yōu)點(diǎn)。其中發(fā)展較快的有親和膜（affinity membrane）分離技術(shù)和離子交換膜（ion-exchange membrane）技術(shù)。2膜技術(shù)應(yīng)用的簡(jiǎn)單舉例

膜技術(shù)的核心是膜本身，也就是膜單元，是指物質(zhì)在膜上和膜中發(fā)生的局部傳遞過(guò)程。膜組件有管式膜，毛細(xì)管膜，空心纖維膜，平板式膜，卷繞式膜，墊套式膜等類(lèi)型。對(duì)于膜組件來(lái)說(shuō)，還必須考慮場(chǎng)量（濃度，流速，壓力等參數(shù)）沿工藝流程段的變化情況。膜組件的組合稱(chēng)之為膜裝置，在總工藝過(guò)程的情況下，就必須考慮膜裝置與其它分離設(shè)施之間的最佳耦合方法。 膜技術(shù)應(yīng)用的簡(jiǎn)單舉例分離物 方法 備注紅霉素（1）MF 錯(cuò)流模型，0.2微米親水性膜從CA340（菌株）發(fā)酵液中回收多聚乙烯乙二醇（2）UF 醋酸纖維超濾膜組件（CAM-500），凝膠改進(jìn)膜。L - 苯丙氨酸 和 天冬氨酸（3）NF ESNA2（膜組件）截留L-Asp,透過(guò)L-Phe; ES20對(duì)兩者都截留。組合而成的膜裝置可濃縮，分離兩者6-APA（4）RO 濃縮與結(jié)晶總收率84 %左右青霉素（5）Liquid membrane 乳狀液膜;含 span-80為10%的表面活性混合劑;β-半乳糖苷酶（6）Affinity membrane 瓊脂糖珠（載體）;對(duì)氨基芐-1-硫代-β-D-半乳酸吡喃糖苷瓊脂糖（配體）溶菌酶（7）cation-exchange membrane 錯(cuò)流模型，平板膜組件

由以上的一些例子可以看出，膜技術(shù)已發(fā)展成為一種有效的規(guī)范的微生物藥物分離純化工藝。為讓它更好地服務(wù)于微生物藥物的分離純化工作，作者認(rèn)為應(yīng)該注意以下幾個(gè)問(wèn)題:（1） 關(guān)注膜單元本身:主要是膜材料的性能。（2） 膜組件的開(kāi)發(fā)和優(yōu)化。（3） 膜裝置的設(shè)計(jì)。一些科研工作者們?yōu)榇嗽谠擃I(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行了理論和實(shí)踐上的有益探索。

3 微生物藥物分離純化領(lǐng)域膜技術(shù)研究進(jìn)展（一） 膜的改進(jìn) 膜是膜分離技術(shù)的核心，膜的形態(tài)和結(jié)構(gòu)方面的區(qū)別與膜的機(jī)理密切相關(guān)，因此直接影響到在提取工藝中的應(yīng)用。分離膜的性能包括選擇性、透過(guò)性、物理和化學(xué)穩(wěn)定性。選擇性高低取決于被分離物質(zhì)透過(guò)膜的速率的差別，代表膜的分離效率的高低。透過(guò)性表示膜的透過(guò)速率（也稱(chēng)通量）的大小，是膜的處理能力的標(biāo)志。對(duì)于單一聚合物膜,要同時(shí)具備上述兩個(gè)要求較為困難。所以常采用化學(xué)或物理方法對(duì)膜材料的性能進(jìn)行改進(jìn), 使膜具有某些需要的性能, 以提高分離效率。輻射接枝的方法是膜表面改性的途徑之一。shim. J K等采用γ- 射線輻射將親水性的甲基丙烯酸-2-羥乙酯單體接枝到聚丙烯超濾膜表面上, 并用改性后聚丙烯膜對(duì)牛血清蛋白溶液進(jìn)行超濾處理, 發(fā)現(xiàn)溶液通量增加, 膜的抗污性增強(qiáng), 同時(shí)膜表面的親水性增強(qiáng)。（8）

（二） 膜組件的開(kāi)發(fā)和優(yōu)化對(duì)于一個(gè)具體的分離工藝，除了需要特定性質(zhì)的膜材料以外，還需要考慮場(chǎng)量沿組件的變化。找到相應(yīng)的最佳膜載體，以及合適的操作條件等各種因素，這些稱(chēng)為膜組件的開(kāi)發(fā)和優(yōu)化。在進(jìn)行膜組件優(yōu)化時(shí)，除了需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定膜的特性外，通常還需計(jì)算繁瑣的數(shù)據(jù)，有時(shí)也需要對(duì)透過(guò)機(jī)制進(jìn)行一定的研究探討。Kawasaki等（9）為了探索用液膜提取紅霉素的可能性，進(jìn)行了一系列預(yù)試驗(yàn)。他們比較了許多溶劑對(duì)紅霉素的提取效率，并考慮到水溶性，毒性的因素，最終選定正癸醇為膜的載體，它對(duì)紅霉素水溶液的分配系數(shù)為122。同時(shí)也對(duì)紅霉素透過(guò)機(jī)制進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示:當(dāng)溶液PH小于6時(shí)，紅霉素幾乎以質(zhì)子形式存在，當(dāng)PH大于10時(shí)，成為中性的分子形式。于是實(shí)驗(yàn)以多孔48%，0.02微米的CORETEX（網(wǎng)眼塑料薄膜）作為支撐,以正癸醇為載體該液膜從堿性發(fā)酵液中提取，再用酸性的每升含0.025mol 檸檬酸，0.10mol 硼酸，0.05mol磷酸鈉的緩沖液來(lái)脫除質(zhì)子形式。結(jié)果紅霉素能透過(guò)液膜，到達(dá)酸性緩沖液中。

（三） 膜裝置的設(shè)計(jì) 要圓滿(mǎn)完成一個(gè)分離的任務(wù)，常常需要聯(lián)合使用好幾個(gè)膜組件，如果要求高質(zhì)量的產(chǎn)品，就必須設(shè)計(jì)多級(jí)的裝置，這就是膜裝置的設(shè)計(jì)。 一個(gè)好的膜裝置不僅需要考慮膜組件之間的串連、并聯(lián)形式的排布問(wèn)題，還需要考慮可以較好地配合其它分離方法的使用，從而達(dá)到最終產(chǎn)品質(zhì)量的要求。近年來(lái)國(guó)外研發(fā)了用0.2um GVLP（MILLIPORE公司生產(chǎn)的膜牌號(hào)）微孔濾膜對(duì)頭孢菌素C發(fā)酵液進(jìn)行過(guò)濾（MF），除去菌絲及培養(yǎng)液中的固體物，得到的濾液再經(jīng)另一組PTGC膜的超濾（UF）系統(tǒng)，從濾液中除去一些分子量在10，000以上的蛋白質(zhì)，多糖以及部分深棕色色素，以獲得色淺較純的頭C濾液，然后用聚纖胺反滲透膜（RO）進(jìn)行濃縮。（10）通過(guò)HPLC進(jìn)一步純化，最后可分離出相當(dāng)純的頭孢菌素C，若再與頭孢菌素C的酶法裂解相結(jié)合，可直接生產(chǎn)7-ACA而不需分離出頭孢菌素C產(chǎn)品，使頭孢菌素C的分離純化裂解聯(lián)成一條，將使半合成頭孢菌素的生產(chǎn)過(guò)程大大簡(jiǎn)化。

4 討論1 回顧膜發(fā)展的歷史，從傳統(tǒng)的過(guò)濾篩到如今的分子篩，可以看出，隨著過(guò)濾孔徑的縮小，分離機(jī)理經(jīng)歷了量變到質(zhì)變的過(guò)程:簡(jiǎn)單的篩分原理――微孔篩分――Donna效應(yīng)――吸附 –擴(kuò)散理論。可見(jiàn)，當(dāng)宏觀篩分中可以忽略的許多因素，到了分子，離子級(jí)別就變得舉足輕重，分離機(jī)理也隨之發(fā)生根本變化。而且隨著研究的深入，分離機(jī)理正被更清晰地闡述，推動(dòng)了和其它分離方法的技術(shù)耦合（如親和膜，離子交換膜技術(shù)）。

2 膜技術(shù)在推廣應(yīng)用的同時(shí)也出現(xiàn)了一系列問(wèn)題，其中主要的問(wèn)題之一是由于濃差極化和膜污染等造成的滲透通量的下降，有待于設(shè)計(jì)出優(yōu)良的膜組件系統(tǒng)和科學(xué)的操作策略。

3 如今的膜傳遞過(guò)程模型，能將膜的透過(guò)性能與操作溫度、組分的壓力、濃度等關(guān)系作較好的描述，但模型中的特性參數(shù)都沒(méi)有包括膜材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)，無(wú)法將高聚物的物理、化學(xué)結(jié)構(gòu)與膜的滲透特性相關(guān)聯(lián)。因此急迫需要建立有關(guān)的數(shù)學(xué)模型，將膜材料的微觀結(jié)構(gòu)、膜的特性參數(shù)與膜的性能三者之間相互關(guān)聯(lián)起來(lái)。為膜材料的改進(jìn)及膜組件的開(kāi)發(fā)和優(yōu)化提供理論依據(jù)，從而更好地服務(wù)于微生物藥物地分離純化工作。

科研成果

在此處添加文本內(nèi)容一次性微孔濾膜過(guò)濾器不需要換膜和清洗濾器,省去了復(fù)雜、費(fèi)時(shí)的準(zhǔn)備工作,在實(shí)驗(yàn)室中廣泛應(yīng)用。產(chǎn)品主要應(yīng)用于樣品的預(yù)澄清、除顆粒、除菌過(guò)濾等。其中針頭式過(guò)濾器與一次性注射器配套使用,為實(shí)驗(yàn)室常規(guī)使用的快速、方便、可靠的小體積樣品的過(guò)濾處理裝置,其過(guò)濾直徑為13mm，25mm，30mm,處理量從0.5ml到200ml。