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发布日期:2021年04月19日

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药物分离纯化中膜分离技术的应用与发展
2020-08-24 09:00:43 nvg75541108 61

摘 要:膜分离技术是一种操作简单、高效、节能、设备易放大、同时污染较小的分离技术。在药物分离纯化过程中,不会产生相变问题,同时二次污染发生率低,这使其已广泛应用于生物制药技术领域。其中微滤、超滤、反渗透等膜分离技术,已经成为医疗、制药行业中的主要技术。微滤法可除去提取液中的大分子或固体颗粒杂质;超滤法可减少核酸、多糖、蛋白质及其他杂质;纳滤法可对提取液进行脱盐、浓缩等,得到富集的低聚糖。基于此背景,本文主要探讨膜分离技术在药物分离纯化过程中的应用于发展前景。

近年来,膜技术在人工皮肤、人工心瓣膜腹膜透析等疾病治疗领域的应用已经获得广泛认可。在生物制药领域,膜技术在抗生素和氨基酸的生产工程,发酵液和培养液的处理,生物制品的灭菌与除热原,蛋白质、酶、细胞、病毒等大分子的富积、浓缩和纯化中的作用日益显著。

目前,医药、医疗和保健等行业仍面临着医药资源利用率低、生产工艺污染严重等问题,在中药行业,膜技术用于中药浸膏的制备、中药有效成分的富集与纯化的应用逐渐增加,为中药提取、分离、浓缩、纯化一体化工程技术的解决提供了保证。在食品饮料行业,膜技术正在成为酒类、饮料、酱油及醋等产品的分离、脱菌、除杂的重要方法。因此,医疗、制药、生物等行业的应用逐渐成为膜技术的发展提供了重要方向。

1主要的膜分离技术

1.1微滤

微滤是以静压差为推动力,利用膜的筛分作用,进行分离的压力驱动型模过程,膜过滤程度介于常规过滤与超滤两者之间,通常来说,依靠膜的孔道特性,能够有效过滤微粒直径0.02-14um的粒子。微滤膜技术主要适用于药液澄清过滤,通过将水溶性成分与固态微粒进行分离纯化以达到预期效果。在实际应用实践中,微滤膜兼具抗污性高、耐高温性强的特点,能够保持原物料的自身特性,在生物制药等领域已经得到快速发展和广泛应用。

1.2 超滤

超滤是在压差推动作用下进行的筛孔分离过程,最早使用的超滤膜是天然动物的脏器薄膜。超滤同样是依靠膜的孔道特性,能够有效过滤微粒直径0.001-0.01um的粒子。超滤膜技术具有操作简单、稳定性强、分离程度高的特征,在具体应用过程,通过在液体混合物中过滤高分子合物及溶质分子来实现分离纯化效果。因其对操作环境要求不高,故应用更为广泛,能够在一定程度上保持被目的产物活性,提升分离纯化效率。采用超滤膜技术,能够对混合药液中的大分子物质进行有效提纯,因此适用性较为广泛。

1.3 纳滤

钠滤是一种介于反渗透和超滤之间的新型膜分离技术,其采用不对称膜复合膜,对分子量小于500 的物质有很好的分离特性,纳滤膜分离步骤一般分为两步:一是对截留分子量进行纳滤,;二是对纳滤膜表面进行处理。因为在纳滤膜表面会有部分无机盐被截留,所以实际操作过程中需要去除周围杂质以保持分离纯化程度,同时为了提升回收效率,应定期对超滤渗透及纳滤膜进行浓缩处理。在纳滤膜实际应用中,还应注意膜污染问题,特别是对中草药进行纳滤时,要充分考量其药物成分,在设计实验过程中应充分考虑这些问题,严格按照纳滤工艺流程进行操作,避免产生膜污染问题。

1.4 反渗透

反渗透过程是利用半透膜的选择透过性,即只允许溶剂透过,而溶质不能或只能少量透过,以膜两侧压力差为推动力,克服溶剂的渗透压,使溶剂在半透膜渗透、吸收,使溶剂透过膜而实现混合物分离的过程。反渗透膜和纳滤膜性能相似,都是较致密膜,而两者主要差别在于膜致密程度不同,反渗透膜更为致密,可截留组分为0.1-1nm的小分子溶质。对钠离子、氯离子等单价离子的截留率可达90%以上,因此去除溶液中一价离子时需要采用反渗透。

2 膜分离技术的应用

2.1 膜分离技术在中药生产中的应用

膜分离过程的渗透通量主要与操作压差、料液温度、粘度和膜的结构和材料与很大关系。在于滤膜选择,因中药有效药物成分的相对分子质量一般低于1000,而其中无效成分相对分子质量一般大于50000,因此可以采用超滤膜对范围在 5000—50000 的相对分子质量进行截留,这样能够最大程度保留中药有效成分。纳滤膜已成功应用于红霉素、金霉素、万古霉素和青霉素等多种抗生素的浓缩和纯化过程。

2.2 膜分离技术在现代生物技术中的应用

在对膜分离技术进行选择时,如果选择合适的超滤膜,依靠超滤膜对分子大小的分辨能力,可以有效去除有害病毒,提取有效成分,提现代生物药品的安全性。此外膜分离技术在现代生物技术中的应用除了药物分离纯化以外,还分布在缓冲剂纯化、蛋白质制取等领域,它的广泛应用对于现代生物技术的快速发展起到了不可或缺的作用。

2.3 膜分离技术在生物发酵中的应用

膜分离技术在生物发酵过程中应用广泛,微滤膜在所有膜的过程中应用最广,对发酵液中的微生物细胞可以回收和浓缩利用,典型的发酵过程含有底物、生物催化剂(酵母、细菌、病毒等微生物和酶)、生物转化所需的营养素以及产物等四类物质,通过膜分离将反应产物不断移走,其两个步骤:一是粗过滤环节,即采用一级超滤及一级微滤方法,对大分子物质直接进行过滤;二是精过滤环节,利用二级超滤方法,对一环节产生的发酵液进行二次精过滤,进一步提升目标药物成分浓度。中间还需层次沉淀、结晶、萃取等多种工序。可以使发酵过程在高的生物催化剂浓度下连续进行。

3 结语

膜分离技术的广泛应用实现了产物浓缩、除杂纯化、混合物分离、生产纯化等多种目的,弥补了传统生物发酵法的缺陷,改善了中药生产面临的窘境。随着其技术程度不断创新与成熟,膜设备、膜组件的不断改进,为高校提取药物有益成分提供可能,为制药工艺的发展注入鲜活的力量。


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