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      1. 藥物分離純化中膜分離技術的應用與發展

        2020-08-24 09:00:43 nvg75541108 105

        摘 要:膜分離技術是一種操作簡單、高效、節能、設備易放大、同時污染較小的分離技術。在藥物分離純化過程中,不會產生相變問題,同時二次污染發生率低,這使其已廣泛應用于生物制藥技術領域。其中微濾、超濾、反滲透等膜分離技術,已經成為醫療、制藥行業中的主要技術。微濾法可除去提取液中的大分子或固體顆粒雜質;超濾法可減少核酸、多糖、蛋白質及其他雜質;納濾法可對提取液進行脫鹽、濃縮等,得到富集的低聚糖?;诖吮尘?,本文主要探討膜分離技術在藥物分離純化過程中的應用于發展前景。

        近年來,膜技術在人工皮膚、人工心瓣膜腹膜透析等疾病治療領域的應用已經獲得廣泛認可。在生物制藥領域,膜技術在抗生素和氨基酸的生產工程,發酵液和培養液的處理,生物制品的滅菌與除熱原,蛋白質、酶、細胞、病毒等大分子的富積、濃縮和純化中的作用日益顯著。

        目前,醫藥、醫療和保健等行業仍面臨著醫藥資源利用率低、生產工藝污染嚴重等問題,在中藥行業,膜技術用于中藥浸膏的制備、中藥有效成分的富集與純化的應用逐漸增加,為中藥提取、分離、濃縮、純化一體化工程技術的解決提供了保證。在食品飲料行業,膜技術正在成為酒類、飲料、醬油及醋等產品的分離、脫菌、除雜的重要方法。因此,醫療、制藥、生物等行業的應用逐漸成為膜技術的發展提供了重要方向。

        1主要的膜分離技術

        1.1微濾

        微濾是以靜壓差為推動力,利用膜的篩分作用,進行分離的壓力驅動型模過程,膜過濾程度介于常規過濾與超濾兩者之間,通常來說,依靠膜的孔道特性,能夠有效過濾微粒直徑0.02-14um的粒子。微濾膜技術主要適用于藥液澄清過濾,通過將水溶性成分與固態微粒進行分離純化以達到預期效果。在實際應用實踐中,微濾膜兼具抗污性高、耐高溫性強的特點,能夠保持原物料的自身特性,在生物制藥等領域已經得到快速發展和廣泛應用。

        1.2 超濾

        超濾是在壓差推動作用下進行的篩孔分離過程,最早使用的超濾膜是天然動物的臟器薄膜。超濾同樣是依靠膜的孔道特性,能夠有效過濾微粒直徑0.001-0.01um的粒子。超濾膜技術具有操作簡單、穩定性強、分離程度高的特征,在具體應用過程,通過在液體混合物中過濾高分子合物及溶質分子來實現分離純化效果。因其對操作環境要求不高,故應用更為廣泛,能夠在一定程度上保持被目的產物活性,提升分離純化效率。采用超濾膜技術,能夠對混合藥液中的大分子物質進行有效提純,因此適用性較為廣泛。

        1.3 納濾

        鈉濾是一種介于反滲透和超濾之間的新型膜分離技術,其采用不對稱膜復合膜,對分子量小于500 的物質有很好的分離特性,納濾膜分離步驟一般分為兩步:一是對截留分子量進行納濾,;二是對納濾膜表面進行處理。因為在納濾膜表面會有部分無機鹽被截留,所以實際操作過程中需要去除周圍雜質以保持分離純化程度,同時為了提升回收效率,應定期對超濾滲透及納濾膜進行濃縮處理。在納濾膜實際應用中,還應注意膜污染問題,特別是對中草藥進行納濾時,要充分考量其藥物成分,在設計實驗過程中應充分考慮這些問題,嚴格按照納濾工藝流程進行操作,避免產生膜污染問題。

        1.4 反滲透

        反滲透過程是利用半透膜的選擇透過性,即只允許溶劑透過,而溶質不能或只能少量透過,以膜兩側壓力差為推動力,克服溶劑的滲透壓,使溶劑在半透膜滲透、吸收,使溶劑透過膜而實現混合物分離的過程。反滲透膜和納濾膜性能相似,都是較致密膜,而兩者主要差別在于膜致密程度不同,反滲透膜更為致密,可截留組分為0.1-1nm的小分子溶質。對鈉離子、氯離子等單價離子的截留率可達90%以上,因此去除溶液中一價離子時需要采用反滲透。

        2 膜分離技術的應用

        2.1 膜分離技術在中藥生產中的應用

        膜分離過程的滲透通量主要與操作壓差、料液溫度、粘度和膜的結構和材料與很大關系。在于濾膜選擇,因中藥有效藥物成分的相對分子質量一般低于1000,而其中無效成分相對分子質量一般大于50000,因此可以采用超濾膜對范圍在 5000—50000 的相對分子質量進行截留,這樣能夠最大程度保留中藥有效成分。納濾膜已成功應用于紅霉素、金霉素、萬古霉素和青霉素等多種抗生素的濃縮和純化過程。

        2.2 膜分離技術在現代生物技術中的應用

        在對膜分離技術進行選擇時,如果選擇合適的超濾膜,依靠超濾膜對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,提現代生物藥品的安全性。此外膜分離技術在現代生物技術中的應用除了藥物分離純化以外,還分布在緩沖劑純化、蛋白質制取等領域,它的廣泛應用對于現代生物技術的快速發展起到了不可或缺的作用。

        2.3 膜分離技術在生物發酵中的應用

        膜分離技術在生物發酵過程中應用廣泛,微濾膜在所有膜的過程中應用最廣,對發酵液中的微生物細胞可以回收和濃縮利用,典型的發酵過程含有底物、生物催化劑(酵母、細菌、病毒等微生物和酶)、生物轉化所需的營養素以及產物等四類物質,通過膜分離將反應產物不斷移走,其兩個步驟:一是粗過濾環節,即采用一級超濾及一級微濾方法,對大分子物質直接進行過濾;二是精過濾環節,利用二級超濾方法,對一環節產生的發酵液進行二次精過濾,進一步提升目標藥物成分濃度。中間還需層次沉淀、結晶、萃取等多種工序??梢允拱l酵過程在高的生物催化劑濃度下連續進行。

        3 結語

        膜分離技術的廣泛應用實現了產物濃縮、除雜純化、混合物分離、生產純化等多種目的,彌補了傳統生物發酵法的缺陷,改善了中藥生產面臨的窘境。隨著其技術程度不斷創新與成熟,膜設備、膜組件的不斷改進,為高校提取藥物有益成分提供可能,為制藥工藝的發展注入鮮活的力量。


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