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          藥物分離純化中膜分離技術(shù)的應用與發(fā)展

          2020-08-24 09:00:43 nvg75541108 763

          摘 要:膜分離技術(shù)是一種操作簡(jiǎn)單、高效、節能、設備易放大、同時(shí)污染較小的分離技術(shù)。在藥物分離純化過(guò)程中,不會(huì )產(chǎn)生相變問(wèn)題,同時(shí)二次污染發(fā)生率低,這使其已廣泛應用于生物制藥技術(shù)領(lǐng)域。其中微濾、超濾、反滲透等膜分離技術(shù),已經(jīng)成為醫療、制藥行業(yè)中的主要技術(shù)。微濾法可除去提取液中的大分子或固體顆粒雜質(zhì);超濾法可減少核酸、多糖、蛋白質(zhì)及其他雜質(zhì);納濾法可對提取液進(jìn)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(shù)在藥物分離純化過(guò)程中的應用于發(fā)展前景。

          近年來(lái),膜技術(shù)在人工皮膚、人工心瓣膜腹膜透析等疾病治療領(lǐng)域的應用已經(jīng)獲得廣泛認可。在生物制藥領(lǐng)域,膜技術(shù)在抗生素和氨基酸的生產(chǎn)工程,發(fā)酵液和培養液的處理,生物制品的滅菌與除熱原,蛋白質(zhì)、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(zhù)。

          目前,醫藥、醫療和保健等行業(yè)仍面臨著(zhù)醫藥資源利用率低、生產(chǎn)工藝污染嚴重等問(wèn)題,在中藥行業(yè),膜技術(shù)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(shù)的解決提供了保證。在食品飲料行業(yè),膜技術(shù)正在成為酒類(lèi)、飲料、醬油及醋等產(chǎn)品的分離、脫菌、除雜的重要方法。因此,醫療、制藥、生物等行業(yè)的應用逐漸成為膜技術(shù)的發(fā)展提供了重要方向。

          1主要的膜分離技術(shù)

          1.1微濾

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

          1.2 超濾

          超濾是在壓差推動(dòng)作用下進(jìn)行的篩孔分離過(guò)程,最早使用的超濾膜是天然動(dòng)物的臟器薄膜。超濾同樣是依靠膜的孔道特性,能夠有效過(guò)濾微粒直徑0.001-0.01um的粒子。超濾膜技術(shù)具有操作簡(jiǎn)單、穩定性強、分離程度高的特征,在具體應用過(guò)程,通過(guò)在液體混合物中過(guò)濾高分子合物及溶質(zhì)分子來(lái)實(shí)現分離純化效果。因其對操作環(huán)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(chǎn)物活性,提升分離純化效率。采用超濾膜技術(shù),能夠對混合藥液中的大分子物質(zhì)進(jìn)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(shù),其采用不對稱(chēng)膜復合膜,對分子量小于500 的物質(zhì)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(jìn)行納濾,;二是對納濾膜表面進(jìn)行處理。因為在納濾膜表面會(huì )有部分無(wú)機鹽被截留,所以實(shí)際操作過(guò)程中需要去除周?chē)s質(zhì)以保持分離純化程度,同時(shí)為了提升回收效率,應定期對超濾滲透及納濾膜進(jìn)行濃縮處理。在納濾膜實(shí)際應用中,還應注意膜污染問(wèn)題,特別是對中草藥進(jìn)行納濾時(shí),要充分考量其藥物成分,在設計實(shí)驗過(guò)程中應充分考慮這些問(wèn)題,嚴格按照納濾工藝流程進(jìn)行操作,避免產(chǎn)生膜污染問(wèn)題。

          1.4 反滲透

          反滲透過(guò)程是利用半透膜的選擇透過(guò)性,即只允許溶劑透過(guò),而溶質(zhì)不能或只能少量透過(guò),以膜兩側壓力差為推動(dòng)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(guò)膜而實(shí)現混合物分離的過(guò)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(zhì)。對鈉離子、氯離子等單價(jià)離子的截留率可達90%以上,因此去除溶液中一價(jià)離子時(shí)需要采用反滲透。

          2 膜分離技術(shù)的應用

          2.1 膜分離技術(shù)在中藥生產(chǎn)中的應用

          膜分離過(guò)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(guān)系。在于濾膜選擇,因中藥有效藥物成分的相對分子質(zhì)量一般低于1000,而其中無(wú)效成分相對分子質(zhì)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(zhì)量進(jìn)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(wàn)古霉素和青霉素等多種抗生素的濃縮和純化過(guò)程。

          2.2 膜分離技術(shù)在現代生物技術(shù)中的應用

          在對膜分離技術(shù)進(jìn)行選擇時(shí),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(shù)在現代生物技術(shù)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(zhì)制取等領(lǐng)域,它的廣泛應用對于現代生物技術(shù)的快速發(fā)展起到了不可或缺的作用。

          2.3 膜分離技術(shù)在生物發(fā)酵中的應用

          膜分離技術(shù)在生物發(fā)酵過(guò)程中應用廣泛,微濾膜在所有膜的過(guò)程中應用最廣,對發(fā)酵液中的微生物細胞可以回收和濃縮利用,典型的發(fā)酵過(guò)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(yíng)養素以及產(chǎn)物等四類(lèi)物質(zhì),通過(guò)膜分離將反應產(chǎn)物不斷移走,其兩個(gè)步驟:一是粗過(guò)濾環(huán)節,即采用一級超濾及一級微濾方法,對大分子物質(zhì)直接進(jìn)行過(guò)濾;二是精過(guò)濾環(huán)節,利用二級超濾方法,對一環(huán)節產(chǎn)生的發(fā)酵液進(jìn)行二次精過(guò)濾,進(jìn)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(fā)酵過(guò)程在高的生物催化劑濃度下連續進(jìn)行。

          3 結語(yǔ)

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


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