膜分离技术以其高效、节能、环保及分子级过滤的特性，已广泛应用于医药行业。尤其在药物分离方面，采用膜技术具有可提高产品收率、缩短处理时间、降低能耗、提高产品纯度、保证产品活性、易于工业放大等诸多优点。

一、膜技术用于药物分离的适应性

  对于生物制药，下游工程需处理的体系，通常具有大容量稀浆、组份复杂、批间差异大、产品含量很低、产品具有活性、易于降解等特点。因而对环境要求高，通常需要保证密封、无菌，操作行件易于控制，这样才能保证产品纯度和活性。这里包括了抗生素及基因工程药物等药物。

  采用膜分离技术，由于主要采用筛分原理，无相变，可保持低温操作。同时，可快速对稀浆浓缩，提高产品含量，从而减少了添加剂、有机溶剂的使用量，相应提高收率。另外，适当的膜系统设计，可避免生产泡沫，减少与空气接触等，从而满足药物生产的要求。 

二、膜技术在药物分离中的主要应用

1.细胞发酵产品的处理

用于细胞抑制物的去除，保证发酵水平的稳定性。
用于细胞浓缩，可去除细胞碎片，增加发酵产物。
用于细胞溶解产物的回收以及去除杂质蛋白。
胞外产品的处理，包括整个细胞浓缩，蛋白质的回收等。
细胞的纯化（恒容过滤方式）。

2.蛋白质的处理

1）蛋白质的浓缩。截留率可达99％以上，最终浓度可达20-25％。

2）蛋白质的纯化。采用恒容过滤方式可在除碎片杂质或缓冲液等。

3）采用低压高切速进行蛋白质的澄清。

4）采用不同切割分子量的滤膜，对蛋白进行分级。

3.血液分级
采用不同切割分子量的滤膜，将血液中血浆、红血球、白蛋白、血红蛋白进行分级纯化。小分子物质的浓缩主要采用NF膜，对抗生素、多肽、氨基酸进行浓缩纯化。

4.药液除热原
通常采用切割分子量6000Dalton超滤膜，对无法热压灭菌的注射针剂、中草药注射液进行终端除热源。

三、膜技术在药物分离中的工程设计问题

一个经济适用的膜分离系统，首先要具备一定分离性能，它取决于所选用的膜的截流性能及恒容过滤的使用程度。其次要具备一定透量，同时必须具备一定的使用寿命和简单方便的清洗方法。最后，进行经济性评估。膜系统的主要费用来自于设备投资（膜面积大小，取决于单位透量和处理时间），操作费（主要包括膜更换费用、能耗和清洗费用）以及目标产品的损耗（即回收率的大小）。

在系统设计的过程需要考虑以下问题：

1、根据分离目的的要求，选用不同种类的膜。如小分子的浓缩，通常采用NF/RO，大分子的澄清采用UF/MF膜。

2、根据待分离溶液中悬浮物含量，进行组件结构形式的选择。高蛋白含量或高固体含量的处理，通常选用管式或平板。悬浮物含量低的，通常选用中空纤维或卷式。

3、通常采用的操作方式是错流操作，剪切流速一般在0.9-4.5m/s，若对回收率或纯度的要求，多采用恒容过滤。

4、膜孔的选择的依据，对膜孔而言，被截留分子的大小要与膜孔有1~2个数量级的差别，或者对膜的截留分子量而言，至少要小于被截留物质分子的3~10倍，才能保证好的回收率。

5、浓缩倍数的选择，通常在3~10倍。

6、处理时间的选择2~4小时之间。

7、产品的回收率一般为95~99%。

8、操作压力的选择。对于MF/UF，通常为0.2~1.0MPa对于NF/RO，通常为 1.0~3.0MPa。

9、剪切流速的选择，对于UF/MF为1~5 m/s，对于NF/RO为3~8 m/s。

10、泵的选择，对于大规模和中低粘度流体，通常选用离心泵；对于小规模或高粘度流体，选用往复泵；对于低剪切少要求的液体，选用齿轮泵。

11、管道流速与管道尺寸的选择，通常利用雷诺数R进行选择。若R≥4000时，为选择的区域。

12、容积罐的选择，应采用圆锥形、低液位控制、热交换、防止空气进入系统等设计。适用于间歇操作的浓缩过程。

13、系统的主要控制包括高低压保护、过温保护、快速侧冲、低压低流速启动、自动反洗等。

14、组件的完整性检测，如中空纤维膜采用泡压法，卷式膜采用气体扩散流的方法。

15、系统的最小死体积的设计。

16、膜组件的清洗、消毒及保贮的设计。

反冲法和碱洗是有效的清洗方法；热水和酸碱是较好的消毒方式等。同时，应采用了适合的工业放大步骤，通常采用：

第一步：测试池测试，采用平板膜片（膜面积≤40cm2），可快速，简单了解膜的有关分离性能，但无法提供工程设计数据。

第二步：应用实验，通常采用工业规模组件（膜面积≥0.6m2），在1-2小时内处理20-150L厚料，可提供工程放大所需的设计数据及膜稳定性的判定，但无法判定膜的寿命。

第三步：工业中试，采用工业规模组件，至少运行20~30天，可获得长期污染及膜的稳定性数据，但费用太高。

四、实验应用例子

根据以工业放大步骤及有关设计依据，我们已成功地在多个品种中应用膜分离系统。

1.浓缩过程

氨基酸类
抗生素类，包括泰乐菌素、硫酸新霉素、盐酸金酶素、去甲基金霉素、红霉素和硫酸粘菌素等。
动物提取物，硫酸软骨素等。
植物提取物，灵芝多糖、中药提取物等。
化学合成药，如苯丙氨酸等。

2.澄清纯化

发酵类产品，如氨基酸，维生素等。
生物制药类，乙肝疫苗，干扰素，尿激酶等。
果糖类
口服液类

3.药液除热源

果糖二磷酸钠，氨基酸注射液，胸腺肽，维脑络通等。