生物过滤膜

一次性微孔滤膜过滤器不需要换膜和清洗滤器,省去了复杂、费时的准备工作,在实验室中广泛应用。产品主要应用于样品的预澄清、除颗粒、除菌过滤等。其中针头式过滤器与一次性注射器配套使用,为实验室常规使用的快速、方便、可靠的小体积样品的过滤处理装置,其过滤直径为13mm,25mm,30mm,处理量从0.5ml到200ml。

基本信息

  • 中文名称

    生物过滤膜

  • 主要应用

    样品的预澄清、除颗粒、除菌过滤

  • 处理量

    0.5ml到200ml

  • 过滤直径

    13mm,25mm,30mm

  • 发展简史

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    基本内容

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    研究对象

    在此处添加文本内容膜技术在微生物药物分离纯化中的应用摘 要:介绍了分离膜的种类,包括微滤膜、超滤膜、纳滤膜、反渗透膜、液膜,和色谱分离膜,以及它们的基本特性。并讨论了膜分离技术在微生物药物分离中的应用和膜材料,膜组件及膜装置在该领域的一些研究进展,最后总结了膜分离机制发展过程,研究现状和前景。关键词:膜技术 分离纯化 微生物药物

    据资料统计,分离、纯化和浓缩部分在微生物制药产品的总成本中占相当高的比例,应用现代分离、纯化和浓缩工艺是提高制药工业经济效益或减少投资的重要途径。膜分离技术利用各种不同性质的膜作为分离材料,对不同体系中物质进行分离、纯化、浓集,是一种高新技术,具有不发生相变(渗透气化除外)、常温进行、适用范围广、装置简单、干净无污染等特点。

    1膜的分类膜可分为生物膜和合成膜两大类。生物膜的存在具有重要意义,试想如果体内没有它对物质的选择性透过作用,那体内将混沌一片。因此,如果能得到稳定的生物膜,将能高效地分离出所需的物质。但由于技术的原因,为了适应大规模生产,只能使用人工合成的膜。合成的膜可以由有机的或无机的材料制造。每种膜都是一类过滤单元,与通常的过滤分离过程一样,要求被分离的混合物中至少有一种组分几乎可以无阻碍地通过膜。从膜的相态上分,主要包括 ①固相膜 ②液相膜。此外还有色谱分离膜等。

    1.1   按膜孔径大小不同,固相膜可分为:微滤膜、超滤膜、纳滤膜、反渗透膜。

    四种基本膜分离技术的主要特点    推动力   适用的分离范围   分离机理   应 用微滤(MF)   压力差~0.1MPA   0.01~10微米   筛分   无菌过滤、细胞收集除颗粒物及细菌         超滤(UF)   压力差0.1~1MPA   0.001~0.01微米   筛分   除菌丝病毒、热原和蛋白纳滤(NF)   压力差0.5~1.5MPA   切割分子量(MWCO)200~1000   Donna效应吸附-扩散   药物的纯化、浓缩脱盐和回收

    反渗透(RO)   压力差1~10MPA   离子级   吸附-扩散   无机盐、金属离子等的去除

    1.2   液(相)膜 (liquid membrane) 液膜是两相间形成界面的一液相膜。可分为乳状液膜和支持液膜。60年代初,Martin在研究反渗透脱盐时发现的,他把百分之几的聚乙烯甲醚加入盐水进料中,结果在醋酸纤维膜和盐溶液之间的表面上形成了一张液膜。由于这张液膜的存在而使盐的渗透量稍有降低,但选择透过性却明显增大。此液膜是覆盖在固膜之上的,因此称之为支撑液膜。60年代中后期,美籍华裔黎念之(Norman N. Li)博士在用DuNuoy环法测定表面张力观察到皂草甙表面活性剂的水溶液和油作实验时能形成很强的能够挂住的界面膜,从而发现了不带固膜支撑的新型液膜。这种新型液膜可以制成乳状液,膜很薄且面积大,因此处理能力比固膜和支撑性液膜大得多,这一重大技术发现奠定了液膜技术发展的基础。   液膜主要由膜溶剂、乳化剂和添加剂组成,该技术是一种集萃取与反萃取于一体的新兴膜分离技术,如今这种区别于固膜分离的液膜分离技术也应用到了微生物制药的领域中。

    1.3 色谱膜(membrane chromatography)在传统的研究中,膜分离和色谱分离是2 个平行发展的研究方向,在生物分子的分离和纯化方面各具特色,但也存在着一些不可克服的技术缺陷。    随着生物工程和生命科学的迅速发展,对生物大分子分离纯化的要求越来越苛刻. 为获得高纯度、高质量、低成本的生物产品,突破传统的分离方法,寻找一种既经济又有效的新型分离途径已成为迫切需要,于是色谱膜分离技术出现了,它集合了两者的优点。其中发展较快的有亲和膜(affinity membrane)分离技术和离子交换膜(ion-exchange membrane)技术。2膜技术应用的简单举例

    膜技术的核心是膜本身,也就是膜单元,是指物质在膜上和膜中发生的局部传递过程。膜组件有管式膜,毛细管膜,空心纤维膜,平板式膜,卷绕式膜,垫套式膜等类型。对于膜组件来说,还必须考虑场量(浓度,流速,压力等参数)沿工艺流程段的变化情况。膜组件的组合称之为膜装置,在总工艺过程的情况下,就必须考虑膜装置与其它分离设施之间的最佳耦合方法。                  膜技术应用的简单举例分离物   方法   备注红霉素(1)MF   错流模型,0.2微米亲水性膜从CA340(菌株)发酵液中回收多聚乙烯乙二醇(2)UF   醋酸纤维超滤膜组件(CAM-500),凝胶改进膜。L - 苯丙氨酸 和 天冬氨酸(3)NF   ESNA2(膜组件)截留L-Asp,透过L-Phe; ES20对两者都截留。组合而成的膜装置可浓缩,分离两者6-APA(4)RO   浓缩与结晶总收率84 %左右青霉素(5)Liquid membrane   乳状液膜;含 span-80为10%的表面活性混合剂;β-半乳糖苷酶(6)Affinity membrane   琼脂糖珠(载体);对氨基苄-1-硫代-β-D-半乳酸吡喃糖苷琼脂糖(配体)溶菌酶(7)cation-exchange membrane   错流模型,平板膜组件

    由以上的一些例子可以看出,膜技术已发展成为一种有效的规范的微生物药物分离纯化工艺。为让它更好地服务于微生物药物的分离纯化工作,作者认为应该注意以下几个问题:(1)   关注膜单元本身:主要是膜材料的性能。(2)   膜组件的开发和优化。(3)   膜装置的设计。一些科研工作者们为此在该领域内进行了理论和实践上的有益探索。

    3 微生物药物分离纯化领域膜技术研究进展(一)   膜的改进  膜是膜分离技术的核心,膜的形态和结构方面的区别与膜的机理密切相关,因此直接影响到在提取工艺中的应用。分离膜的性能包括选择性、透过性、物理和化学稳定性。选择性高低取决于被分离物质透过膜的速率的差别,代表膜的分离效率的高低。透过性表示膜的透过速率(也称通量)的大小,是膜的处理能力的标志。对于单一聚合物膜,要同时具备上述两个要求较为困难。所以常采用化学或物理方法对膜材料的性能进行改进, 使膜具有某些需要的性能, 以提高分离效率。辐射接枝的方法是膜表面改性的途径之一。shim. J K等采用γ- 射线辐射将亲水性的甲基丙烯酸-2-羟乙酯单体接枝到聚丙烯超滤膜表面上, 并用改性后聚丙烯膜对牛血清蛋白溶液进行超滤处理, 发现溶液通量增加, 膜的抗污性增强, 同时膜表面的亲水性增强。(8)

    (二) 膜组件的开发和优化对于一个具体的分离工艺,除了需要特定性质的膜材料以外,还需要考虑场量沿组件的变化。找到相应的最佳膜载体,以及合适的操作条件等各种因素,这些称为膜组件的开发和优化。在进行膜组件优化时,除了需要通过实验来测定膜的特性外,通常还需计算繁琐的数据,有时也需要对透过机制进行一定的研究探讨。Kawasaki等(9)为了探索用液膜提取红霉素的可能性,进行了一系列预试验。他们比较了许多溶剂对红霉素的提取效率,并考虑到水溶性,毒性的因素,最终选定正癸醇为膜的载体,它对红霉素水溶液的分配系数为122。同时也对红霉素透过机制进行了研究,实验数据显示:当溶液PH小于6时,红霉素几乎以质子形式存在,当PH大于10时,成为中性的分子形式。于是实验以多孔48%,0.02微米的CORETEX(网眼塑料薄膜)作为支撑,以正癸醇为载体该液膜从碱性发酵液中提取,再用酸性的每升含0.025mol 柠檬酸,0.10mol 硼酸,0.05mol磷酸钠的缓冲液来脱除质子形式。结果红霉素能完全透过液膜,到达酸性缓冲液中。

    (三) 膜装置的设计  要圆满完成一个分离任务,常常需要联合使用好几个膜组件,如果要求高质量的产品,就必须设计多级的装置,这就是膜装置的设计。  一个好的膜装置不仅需要考虑膜组件之间的串连、并联形式的排布问题,还需要考虑可以较好地配合其它分离方法的使用,从而达到最终产品质量的要求。近年来国外研发了用0.2um GVLP(MILLIPORE公司生产的膜牌号)微孔滤膜对头孢菌素C发酵液进行过滤(MF),除去菌丝及培养液中的固体物,得到的滤液再经另一组PTGC膜的超滤(UF)系统,从滤液中除去一些分子量在10,000以上的蛋白质,多糖以及部分深棕色色素,以获得色浅较纯的头C滤液,然后用聚纤胺反渗透膜(RO)进行浓缩。(10)通过HPLC进一步纯化,最后可分离出相当纯的头孢菌素C,若再与头孢菌素C的酶法裂解相结合,可直接生产7-ACA而不需分离出头孢菌素C产品,使头孢菌素C的分离纯化裂解联成一条龙,将使半合成头孢菌素的生产过程大大简化。

    4 讨论1   回顾膜发展的历史,从传统的过滤筛到如今的分子筛,可以看出,随着过滤孔径的缩小,分离机理经历了量变到质变的过程:简单的筛分原理――微孔筛分――Donna效应――吸附 –扩散理论。可见,当宏观筛分中可以忽略的许多因素,到了分子,离子级别就变得举足轻重,分离机理也随之发生根本变化。而且随着研究的深入,分离机理正被更清晰地阐述,推动了和其它分离方法的技术耦合(如亲和膜,离子交换膜技术)。

    2   膜技术在推广应用的同时也出现了一系列问题,其中主要的问题之一是由于浓差极化和膜污染等造成的渗透通量的下降,有待于设计出优良的膜组件系统和科学的操作策略。

    3   如今的膜传递过程模型,能将膜的透过性能与操作温度、组分的压力、浓度等关系作较好的描述,但模型中的特性参数都没有包括膜材料的结构参数,无法将高聚物的物理、化学结构与膜的渗透特性相关联。因此急迫需要建立有关的数学模型,将膜材料的微观结构、膜的特性参数与膜的性能三者之间相互关联起来。为膜材料的改进及膜组件的开发和优化提供理论依据,从而更好地服务于微生物药物地分离纯化工作。

    科研成果

    在此处添加文本内容一次性微孔滤膜过滤器不需要换膜和清洗滤器,省去了复杂、费时的准备工作,在实验室中广泛应用。产品主要应用于样品的预澄清、除颗粒、除菌过滤等。其中针头式过滤器与一次性注射器配套使用,为实验室常规使用的快速、方便、可靠的小体积样品的过滤处理装置,其过滤直径为13mm,25mm,30mm,处理量从0.5ml到200ml。

    应用领域

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    学术著作

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