中國(guó)粉體網(wǎng)訊 生物制藥行業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)分離和純化系統(tǒng)有非常嚴(yán)格的要求，必須能夠應(yīng)對(duì)高溫侵蝕性溶劑,、強(qiáng)酸,、強(qiáng)堿、進(jìn)料固含量高,、黏度大和其他苛刻的操作條件,。陶瓷膜因其獨(dú)特的耐細(xì)菌、耐高溫和化學(xué)穩(wěn)定性等特性,，已成為生物制藥行業(yè)優(yōu)先選擇的分離技術(shù),。
（圖片來(lái)源：久吾高科官網(wǎng)）
陶瓷膜概述
陶瓷膜是一種經(jīng)特殊工藝制備而形成的無(wú)機(jī)膜，常采用Al2O3,、ZrO2,、TiO2、SiC,、SiO2以及其組合物等無(wú)機(jī)陶瓷材料作為原材料,。陶瓷膜孔徑涵蓋微濾（孔徑﹥50nm）、超濾（2nm<孔徑<50nm）以及納濾（孔徑<2nm）等全部膜孔徑范圍,。
現(xiàn)有商業(yè)化陶瓷膜一般有平板,、卷式、管式,、中空纖維式和毛細(xì)管式五種類型,。所有類型的陶瓷膜一般具有三層結(jié)構(gòu)：底層為疏松多孔支撐體，在不影響通量的情況下為整個(gè)膜提供機(jī)械強(qiáng)度，利用干壓成型或注漿成型,，通過(guò)固態(tài)粒子燒結(jié)法制備而得,；支撐層之上為中間層，再到分離層,，其膜孔逐漸變小,，通過(guò)孔徑篩分起到選擇透過(guò)的功能，多為浸漿成型后,，采用溶膠凝膠法制備,。
陶瓷膜的發(fā)展歷史
陶瓷膜誕生于20世紀(jì)40年代，是指將陶瓷材料經(jīng)特殊工藝制備而形成的非對(duì)稱膜,，早在二戰(zhàn)期間,，就被應(yīng)用于鈾的同位素分離，屬于軍方核工業(yè)研究?jī)?nèi)容,；發(fā)展至20世紀(jì)80年代,，陶瓷膜進(jìn)入了以微濾膜和超濾膜為主的液體分離階段；至20世紀(jì)90年代,，陶瓷膜在氣體分離領(lǐng)域和陶瓷膜分離器－反應(yīng)器組合構(gòu)件方向得到了迅猛發(fā)展,。
陶瓷膜的優(yōu)勢(shì)
陶瓷膜是一種剛性材料,，機(jī)械強(qiáng)度高,，在高壓下能保持完整的孔結(jié)構(gòu)，不會(huì)像聚合物膜發(fā)生變形,，影響過(guò)濾性能,。在相同孔徑條件下，陶瓷膜可在高壓下操作,，其滲透通量可以達(dá)到聚合物膜的2倍,，具有更高的效率。
陶瓷膜抗污性能好,，且滲透通量大,。無(wú)機(jī)材料構(gòu)成的陶瓷膜具有較好的親水性，使其具有較好的抗污性能,。此外,，陶瓷膜具有耐高溫的特性，能在高溫條件下操作,，從而減少了高粘度物料對(duì)滲透通量的影響,。因此，陶瓷膜具有更強(qiáng)的抗污性能和能有效維持穩(wěn)定的滲透通量,。
陶瓷膜具有較好的清洗效率,。首先，由于陶瓷膜的親水性，容易通過(guò)簡(jiǎn)單的水或化學(xué)在線清洗,，能長(zhǎng)期保持良好的通量,。其次，由于陶瓷膜耐酸堿性強(qiáng),，可進(jìn)行深度清洗,，提高清潔效率。在制糖工業(yè)中,，高粘度的糖類更傾向于選擇陶瓷膜分離技術(shù),。陶瓷膜具有良好的化學(xué)和機(jī)械穩(wěn)定性，通�,？墒褂肗aOH,、NaClO去除污染后陶瓷膜的蛋白質(zhì)、多糖和懸浮雜質(zhì),，使膜表面的沉積物和凝膠層松散,、分解，通量恢復(fù)率高達(dá)95%以上,。
陶瓷膜的制備方法
（1）浸漬法
浸漬法是粉體與分散劑和粘合劑形成穩(wěn)定且分散均勻的懸浮液,，將陶瓷支撐體浸沒(méi)于懸浮液中，浸漬一定時(shí)間后取出,。在毛細(xì)管力和黏附力的作用下,，懸浮液中的物質(zhì)在陶瓷支撐體表面形成過(guò)濾層，經(jīng)過(guò)干燥固化,，燒結(jié)形成陶瓷膜,。此方法操作簡(jiǎn)單，但形成高質(zhì)量的膜層與懸浮液的黏度,、浸漬時(shí)間,、提出速率以及支撐體結(jié)構(gòu)有關(guān)，支撐體需要有合適的孔徑大小及分布和表面平整光滑,，一定的孔隙率保證成膜過(guò)程中的吸漿性能,。
（2）溶膠-凝膠法
溶膠-凝膠法是制備具有納米孔徑陶瓷膜的常用方法。該方法以金屬醇鹽或者無(wú)機(jī)鹽作為前驅(qū)體,，在溶液中發(fā)生水解和縮合反應(yīng),，形成穩(wěn)定的溶膠，然后將溶膠涂覆在支撐體表面,，干燥后形成凝膠,，最后低溫?zé)Y(jié)形成膜。溶膠-凝膠法可制備納米級(jí)孔徑的陶瓷膜,，但是存在燒結(jié)不易致密的問(wèn)題,。
（3）化學(xué)氣相沉積法
化學(xué)氣相沉積法是在一定溫度和壓強(qiáng)下,，氣態(tài)物質(zhì)之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并在基材表面沉積成膜。此方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)微孔膜的孔徑調(diào)控以及形成致密膜,，并且可以在復(fù)雜形狀的支撐體表面形成膜,。該方法操作復(fù)雜，設(shè)備昂貴,，不適宜商業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn),。
（4）陽(yáng)極氧化法
陽(yáng)極氧化法是利用電化學(xué)的原理在支撐體表面形成膜，最常見(jiàn)用于Al2O3和TiO2分離膜的制備,。主要原理是以金屬為陽(yáng)極,，放置于酸性電解質(zhì)溶液中，通過(guò)外加電流,，電子的轉(zhuǎn)移使得金屬發(fā)生電解反應(yīng),，在金屬膜一側(cè)形成致密氧化層。陽(yáng)極氧化的方法可以形成10~25nm的孔徑,，但是由于設(shè)備限制,，該方法不適合在工業(yè)上大規(guī)模的使用。
陶瓷膜在生物制藥領(lǐng)域的應(yīng)用
陶瓷膜已成為生物制藥行業(yè)優(yōu)先選擇的分離技術(shù),，可替代傳統(tǒng)精制技術(shù)如吸附,、沉淀、溶媒萃取,、離子交換等,。醫(yī)藥領(lǐng)域?yàn)樘沾赡ぷ畲笮枨蠖耍枨笳急冗_(dá)30.0%,。與高分子膜相比,，陶瓷膜具有更好的重復(fù)蒸汽滅菌能力和更易于使用刺激性化學(xué)物質(zhì)清洗,，能充分滿足制藥生產(chǎn)的無(wú)菌要求,，因此其在制藥工業(yè)中的適用性越來(lái)越強(qiáng)。
（1）發(fā)酵液過(guò)濾及目標(biāo)產(chǎn)物濃縮
目前陶瓷膜分離純化技術(shù)在各大藥企抗生素工業(yè)生產(chǎn),，紅霉素,、頭孢菌素、萬(wàn)古霉素等抗生素藥物均使用該技術(shù),�,？股刂饕捎梦⑸锇l(fā)酵合成法，其含量占發(fā)酵液的0.1~5（w/v）%,，分子量在300~1200Da,。可采用微濾去除發(fā)酵液的菌體,，超濾澄清,，納濾濃縮或者篩分抗生素。
（2）制藥工業(yè)中除熱源
目前常規(guī)除熱源的方法有兩種：一種方法是用高溫消毒去除物料中所含的熱源，但能耗和成本較高,。另一種方法是采用吸附劑,，利用吸附法除熱源的效率較低，且吸附劑的再生也比較困難,。而陶瓷膜既能有效地去除熱源,，且不影響產(chǎn)物中的有效成份，能明顯提高產(chǎn)品質(zhì)量和收率降低生產(chǎn)成本提高經(jīng)濟(jì)效益,。
（3）制備發(fā)酵用無(wú)菌潔凈空氣
利用無(wú)機(jī)陶瓷膜孔徑均勻,、抗污染、易清洗的性能,，可從氣相中截留細(xì)菌,、微粒及其他污染雜質(zhì)，以達(dá)到除菌凈化的目的,，用于制備生物發(fā)酵用無(wú)菌潔凈空氣及無(wú)菌室氣體處理,，解決了其他設(shè)備制備潔凈空氣中存在的漏菌、無(wú)法截留病毒和熱源的問(wèn)題,，為制藥用清潔空氣制備提供了一種新型有效的方法,。
（4）酶的分離提取
傳統(tǒng)的離心、沉淀,、透析濃縮,、脫鹽等分離提取方法，收集的酶液由于酶活比較低,，還需要進(jìn)一步濃縮,，存在工序多、能耗大,、易失活,、回收率低等缺點(diǎn)。陶瓷膜技術(shù)具有設(shè)備簡(jiǎn)單,、操作方便,、處理效率高和節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，可以在很短的時(shí)間內(nèi)即分離得到高濃度的菌體,，而且酶活沒(méi)有損失,。采用陶瓷膜分離技術(shù)可以簡(jiǎn)化酶的提取、純化和脫鹽程序,，縮短時(shí)間,，減少勞動(dòng)強(qiáng)度，降低成本,，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和穩(wěn)定性能,，具有傳統(tǒng)工藝無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì),。
（5）生物制藥廢水的處理
生物制藥廢水處理是環(huán)保領(lǐng)域的難題，其廢水間歇排放,，污染負(fù)荷高,，成分復(fù)雜，由于存在抑菌作用,，傳統(tǒng)生化處理方法很難解決,。陶瓷膜生物反應(yīng)器是生物技術(shù)和膜分離技術(shù)應(yīng)用于污水處理一項(xiàng)新技術(shù)，是一種新型,、高效的污水處理工藝,。其具有處理水質(zhì)好、占地面積小,、污泥濃度高,、操作簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，為生物制藥行業(yè)污水處理和水資源重復(fù)利用提供了可靠的新方法,。
小結(jié)：
陶瓷膜在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展空間,。對(duì)于生物制藥而言，陶瓷膜能滿足其產(chǎn)品的分離純化過(guò)程的低溫,、無(wú)菌,、抗污染等要求，具有其他分離設(shè)備無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì),。然而,，陶瓷膜分離技術(shù)在生物制藥領(lǐng)域的應(yīng)用仍存在挑戰(zhàn)。尋找高可靠材料和新制備技術(shù)開(kāi)發(fā),，生產(chǎn)低孔徑且孔徑分布窄的高精度的陶瓷膜也將拓寬陶瓷膜分離技術(shù)在生物制藥領(lǐng)域的應(yīng)用,。
參考來(lái)源：
1、周洋.納米孔徑可控陶瓷膜的制備與應(yīng)用基礎(chǔ)研究
2,、沈心.基于粘結(jié)劑噴射技術(shù)制備梯級(jí)孔結(jié)構(gòu)陶瓷膜
3,、張銳，江靜等.陶瓷膜分離技術(shù)及其在生物制造領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展
4,、王宏,，常曉菲等.陶瓷膜分離純化技術(shù)在生物制藥中的應(yīng)用
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/青黎）
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