膜分離技術以其高效、節能、環保及分子級過濾的特性，已廣泛應用于醫藥行業。尤其在藥物分離方面，采用膜技術具有可提高產品收率、縮短處理時間、降低能耗、提高產品純度、保證產品活性、易于工業放大等諸多優點。

一、膜技術用于藥物分離的適應性

  對于生物制藥，下游工程需處理的體系，通常具有大容量稀漿、組份復雜、批間差異大、產品含量很低、產品具有活性、易于降解等特點。因而對環境要求高，通常需要保證密封、無菌，操作行件易于控制，這樣才能保證產品純度和活性。這里包括了抗生素及基因工程藥物等藥物。

  采用膜分離技術，由于主要采用篩分原理，無相變，可保持低溫操作。同時，可快速對稀漿濃縮，提高產品含量，從而減少了添加劑、有機溶劑的使用量，相應提高收率。另外，適當的膜系統設計，可避免生產泡沫，減少與空氣接觸等，從而滿足藥物生產的要求。 

二、膜技術在藥物分離中的主要應用

1.細胞發酵產品的處理

用于細胞抑制物的去除，保證發酵水平的穩定性。
用于細胞濃縮，可去除細胞碎片，增加發酵產物。
用于細胞溶解產物的回收以及去除雜質蛋白。
胞外產品的處理，包括整個細胞濃縮，蛋白質的回收等。
細胞的純化（恒容過濾方式）。

2.蛋白質的處理

1）蛋白質的濃縮。截留率可達99％以上，最終濃度可達20-25％。

2）蛋白質的純化。采用恒容過濾方式可在除碎片雜質或緩沖液等。

3）采用低壓高切速進行蛋白質的澄清。

4）采用不同切割分子量的濾膜，對蛋白進行分級。

3.血液分級
采用不同切割分子量的濾膜，將血液中血漿、紅血球、白蛋白、血紅蛋白進行分級純化。小分子物質的濃縮主要采用NF膜，對抗生素、多肽、氨基酸進行濃縮純化。

4.藥液除熱原
通常采用切割分子量6000Dalton超濾膜，對無法熱壓滅菌的注射針劑、中草藥注射液進行終端除熱源。

三、膜技術在藥物分離中的工程設計問題

一個經濟適用的膜分離系統，首先要具備一定分離性能，它取決于所選用的膜的截流性能及恒容過濾的使用程度。其次要具備一定透量，同時必須具備一定的使用壽命和簡單方便的清洗方法。最后，進行經濟性評估。膜系統的主要費用來自于設備投資（膜面積大小，取決于單位透量和處理時間），操作費（主要包括膜更換費用、能耗和清洗費用）以及目標產品的損耗（即回收率的大小）。

在系統設計的過程需要考慮以下問題：

1、根據分離目的的要求，選用不同種類的膜。如小分子的濃縮，通常采用NF/RO，大分子的澄清采用UF/MF膜。

2、根據待分離溶液中懸浮物含量，進行組件結構形式的選擇。高蛋白含量或高固體含量的處理，通常選用管式或平板。懸浮物含量低的，通常選用中空纖維或卷式。

3、通常采用的操作方式是錯流操作，剪切流速一般在0.9-4.5m/s，若對回收率或純度的要求，多采用恒容過濾。

4、膜孔的選擇的依據，對膜孔而言，被截留分子的大小要與膜孔有1~2個數量級的差別，或者對膜的截留分子量而言，至少要小于被截留物質分子的3~10倍，才能保證好的回收率。

5、濃縮倍數的選擇，通常在3~10倍。

6、處理時間的選擇2~4小時之間。

7、產品的回收率一般為95~99%。

8、操作壓力的選擇。對于MF/UF，通常為0.2~1.0MPa對于NF/RO，通常為 1.0~3.0MPa。

9、剪切流速的選擇，對于UF/MF為1~5 m/s，對于NF/RO為3~8 m/s。

10、泵的選擇，對于大規模和中低粘度流體，通常選用離心泵；對于小規模或高粘度流體，選用往復泵；對于低剪切少要求的液體，選用齒輪泵。

11、管道流速與管道尺寸的選擇，通常利用雷諾數R進行選擇。若R≥4000時，為選擇的區域。

12、容積罐的選擇，應采用圓錐形、低液位控制、熱交換、防止空氣進入系統等設計。適用于間歇操作的濃縮過程。

13、系統的主要控制包括高低壓保護、過溫保護、快速側沖、低壓低流速啟動、自動反洗等。

14、組件的完整性檢測，如中空纖維膜采用泡壓法，卷式膜采用氣體擴散流的方法。

15、系統的最小死體積的設計。

16、膜組件的清洗、消毒及保貯的設計。

反沖法和堿洗是有效的清洗方法；熱水和酸堿是較好的消毒方式等。同時，應采用了適合的工業放大步驟，通常采用：

第一步：測試池測試，采用平板膜片（膜面積≤40cm2），可快速，簡單了解膜的有關分離性能，但無法提供工程設計數據。

第二步：應用實驗，通常采用工業規模組件（膜面積≥0.6m2），在1-2小時內處理20-150L厚料，可提供工程放大所需的設計數據及膜穩定性的判定，但無法判定膜的壽命。

第三步：工業中試，采用工業規模組件，至少運行20~30天，可獲得長期污染及膜的穩定性數據，但費用太高。

四、實驗應用例子

根據以工業放大步驟及有關設計依據，我們已成功地在多個品種中應用膜分離系統。

1.濃縮過程

氨基酸類
抗生素類，包括泰樂菌素、硫酸新霉素、鹽酸金酶素、去甲基金霉素、紅霉素和硫酸粘菌素等。
動物提取物，硫酸軟骨素等。
植物提取物，靈芝多糖、中藥提取物等。
化學合成藥，如苯丙氨酸等。

2.澄清純化

發酵類產品，如氨基酸，維生素等。
生物制藥類，乙肝疫苗，干擾素，尿激酶等。
果糖類
口服液類

3.藥液除熱源

果糖二磷酸鈉，氨基酸注射液，胸腺肽，維腦絡通等。