膜分離技術是將介質分離技術與材料科學相結合的產物，膜分離技術的主要優點包括：分離的效率高、常溫中操作、所需設備簡單、無污染、低能耗、高自動化程度、分離產物容易回收以及無相變等。膜分離技術的應用領域非常廣泛，主要包括：化工、發酵、食品、水處理以及制藥等。近年來，在生物制藥方面開始廣泛使用膜分離技術，該技術的應用凸顯了其優勢。
1 主要膜分離技術及其原理介紹
1.1 微濾。微濾是膜分離技術中發展最早，應用和制備都最成熟的技術。其原理是利用膜孔對于不同大小微粒的篩分作用來進行分離。膜孔徑為 0.1-10μm,工作必需壓力為 0.01-0.2MPa,專門用于分離尺寸大于 0.1μm 的微粒，截留氣相或者液相里細菌、微粒、亞微粒以及膠團等等不溶物，來達到除菌的目的。
1.2 超濾。超濾的性能和分離原理都與微濾相同，而膜孔徑則為50nm-1μm,工作必需壓力為 0.1-1MPa.超濾專門用于分離尺寸大于 0.02μm 的微粒以及相對分子質量范圍在 1 000-100 000 D,如蛋白質、熱原和病菌等大分子物質，可以達到提高有效成分的濃度、制備口服液與注射液的目的。
1.3 納濾。納濾是一種近幾年才出現的濾孔膜，膜孔徑為0.1-50nm,工作必需壓力為 0.3-0.7MPa.納濾專門用于分離尺寸在300-1000 D 的微粒。僅能使小分子有機物、無機鹽和溶劑通過，應用于藥物有效成分的分離純化。
1.4 滲透和反滲透。滲透和反滲透的膜孔徑小于 0.1nm,是以壓力差和化學勢作為推動力，對溶液純化分離與濃縮的操作。滲透技術主要用來濃縮溶液，而反滲透技術則用于生產飲用水、淡化海水、重金屬廢水的處理以及精制、分離生物制品。
2 膜分離技術在生物制藥中的應用
2.1 膜分離技術在抗生素提煉中的應用?？股卦趥鹘y生產過程中，過程比較冗長，要經過①過濾，②萃取，③濃縮，④結晶等許多步驟，而應用膜分離技術則可使過程變得更加簡便，如 Adikane 等人發現用微濾膜來對青霉素 G 發酵液中的菌絲體進行清楚的話，青霉素 G 回收率可以高達 98%.蔡肖邦應用聚酯胺納濾膜來分離與濃縮螺旋霉素，在操作壓力達 1.5MPa,進料流量達 55L/h 的條件下，幾乎全部螺旋霉素都被截留，滲透通量高達 30LMH.劉路應用超濾、納濾組合分離的技術，對林可霉發酵液進行純化濃縮，使得溶媒與能源都得到很大的節省，減少了許多工藝上的步驟，大大提高了產品的質量。另外，膜分離技術還廣泛應用在了青霉素、紅霉素以及鏈霉素等抗生素生產的過程中，隨著技術的發展，膜分離技術在對于抗生素的生產中的應用將會有更大的前景。
2.2 膜分離技術在氨基酸和多肽分離中的應用。氨基酸和多肽同屬于兩性化合物，它們分子中都同時含有正、負兩種電荷基團，在等電點的時候為電中性，當高或低于電點時則帶正或者負電荷，不同的種類的氨基酸與多肽具有不同的等電點，如鳥氨酸為 9.7、異白氨酸為 5.9、天冬氨酸為 2.8.依據道南效應，即電荷的同性相斥、異性相吸，利用帶電荷型的分離膜對離子具有較高的截留率，只需改變 pH 值就能分離不同種類的氨基酸和多肽了。也就是說，一般的電荷型分離膜對等點狀態的氨基酸與多肽溶質的幾乎沒有截留作用，而對于帶點狀態的氨基酸與多肽溶質就會有較高的截留作用。帶電型分離膜對于氨基酸和多肽的截留率與 pH 值呈函數關系，根據不同氨基酸和多肽的不同等電點，就可以改變 pH 值而對不同的氨基酸和多肽進行分離了。如：
Tsuru 等人通過對溶液 pH 值得調節，成功完成了幾種氨基酸和多肽的混合溶液的分離實驗。Garem 等人采用了無機與高分子復合型的納濾膜來對 3 種多肽和 9 種氨基酸進行了分離實驗，比起傳統的分離實驗，降低了成本，簡化了工藝流程，并且得到了更高的分離質量與效率。此外，膜分離技術應用在生物反應器的耦合、發酵液濃縮等方面都取得了良好的成果，因此隨著該技術的不斷更新與發展，該技術在生物制藥的應用中將有更好的前景。
2.3 膜分離技術在制備維生素 C 中的應用。目前，制備維生素 C的方式主要有兩步發酵法和萊式法兩種。其中的兩步發酵法這一生產工藝是由我們國家的技術人員首創的，采用山梨醇來直接通過發酵制備 Vc 中間體 2- 酮基 -L- 古龍酸，包括了①發酵，②提取，③轉化三個步驟，由于是采用的細菌發酵，因此發酵液里還有蛋白質、菌絲體與懸浮微粒等等雜質殘留，傳統工藝一般是采取加熱沉淀法來除去這些雜質，但這種方法既耗能，而且會損失一定的古龍酸，而膜分離技術則能夠很好的彌補這一缺陷，如：李春燕等人采用了Sun-flo 超濾膜系統，應用超濾法來去除發酵液中的菌絲體、懸浮顆粒以及蛋白質等等雜質的殘余，可以減少預處理、高溫加熱以及離心等等的工序，一方面降低了能耗，另一方面也減少了古龍酸的損失率。張林茂等人采用平板超濾膜系統，對東北制藥廠的維生素生產線進行了升級改造，結果使得工廠的工藝流程大幅度縮短，減少了生產成本，產品質量也得到了明顯提升。所以，將膜分離技術運用于維生素 C 的制備中，既可以提高生產效率也能夠降低生產成本。
3 膜分離技術在生物制藥中應用所存在的問題與改進的方法
3.1 膜分離技術存在的問題。當今制約膜分離技術在生物制藥中應用的主要問題就是關于膜材料的問題，膜材料問題會導致通量衰減、膜的壽命、膜污染的清除等等問題，因此，能否可以開發出一種耐污染、低成本與抗劣化的膜材料是推廣膜分離技術在生物制藥中應用的核心問題。另外就是膜污染的問題，膜污染指的是膜在過程與溶液中的膠體粒子、微?；蛘呷苜|分子發生化學反應或者因為濃度的極化使得一些溶質在膜表面的濃度超過正常溶解度以及機械作用使得在膜孔內沉淀、吸附而堵塞膜孔，使膜產生分離特性與透過流量的不可逆變化現象。
3.2 改進的方法。目前根據膜材料的問題，我們主要有三種處理與改進的方法：①使用復合膜，②改變膜表面的電荷和極性，③使用無機材料膜。另外，針對膜污染的問題，我們可以采取物理法和化學法結合的方法，來去除膜孔內的污染物，恢復膜的透水量，延長膜的使用壽命。
4 小結與展望
膜分離技術作為新興的分離技術，該方法在生物制藥中的應用相比傳統的方法，已經顯示出明顯的優勢，但是其中還存在許多問題需要我們專家的解決，而隨著科學技術的不斷發展，膜分離技術的發展應用將更加完善，在生物制藥的應用中獲得更大的成果，促進我國生物制藥的進一步發展。
參考文獻
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