全 文 ：#综述#
膜分离技术及其在医药生产和研究中的应用
施东魁t 3 o胡春梅u
kt q北京大学 化学与分子工程学院 o北京 tss{zt ~u q军事医学科学院 毒物药物研究所 o北京 tss{xsl
≈摘要  膜分离技术是一项重大高新生产技术 o应用领域广泛 ∀作者介绍了膜分离的发展过程 !技术原理及
特点 !膜组件应用形式及其适用范围 o分析了膜分离技术存在的问题及解决方法 o综述了膜分离技术在医药生产和
研究中的应用价值 o并对其发展趋势进行了展望 ∀
≈关键词  膜分离技术 ~医药生产 ~应用
≈中图分类号  ׅwv ≈文献标识码  „ ≈文章编号  tsst2xvsukussyltx2tuut2sw
≈收稿日期  ussy2sv2ty
≈通讯作者  3施东魁 oר¯ }kstslyyvxx{wt
膜分离技术k° °¨¥µ¤±¨ ¶¨³¤µ¤·¬²±·¨¦«±¬´∏¨ l是一项新兴的
高效分离技术 o已经被国际公认为 us世纪末到 ut世纪中期
最有发展前途的一项重大高新生产技术 o成为世界各国研究
的热点 o目前已被广泛应用于医药 !食品 !化工 !环保等各个
领域 ∀作者就膜分离的发展 !技术原理及特点 !膜组件应用
形式及其适用范围 !膜分离技术存在的问题及解决方法及其
在医药生产和研究中的应用进行阐述 o并对其发展趋势进行
了展望 o以期为更充分运用膜分离技术 o使其发挥更大地效
益提供参考 ∀
1 膜分离技术的发展
对膜的研究源于 tz{w年 o„¥¥¨ ‘发现水会自发的扩散
穿过猪膀胱而进入酒精中 o但长期以来这种现象并未引起人
们的重视 ∀随着化学科学技术的进步 o经过多年对膜化学研
究的深入 ot{yw年 ×µ¤∏¥¨ 成功制造了历史上第一张人造膜
) ) ) 亚铁氰化铜膜 o从而结束了采用动物膜的时代≈t  ∀
膜分离技术的快速发展和工业应用是在 us世纪 ys年代
以后 ∀近 vs年来 o作为一门新型的高效分离 !浓缩 !提纯及
净化技术 o新的膜分离技术和过程不断地得到开发研究 o如
渗透汽化膜 !膜蒸馏 !支撑液膜 !膜萃取 !膜生物发生器 !控制
释放膜 !仿生膜及生物膜等过程的研究工作不断深入 ∀这些
合成膜技术的主要应用集中在以下 w个方面 }分离k微滤 !超
滤 !纳滤 !反渗透 !电渗析 !气体分离 !渗透气化 !渗析等l ~控
制释放k治疗装置 !药物释放装置l ~膜反应器k酶和催化剂反
应器 !生物反应传感装置l ~能量转换k电池隔膜 !电解器隔
膜l等≈u  ∀
2 膜分离技术原理及特点
膜分离是利用具有一定选择透过特性的过虑介质 o以外
界能量或化学位差为推动力 o对多组分混合物进行物理的分
离 !纯化和富集 ∀各种膜分离法的原理和基本特征如表 t所
示 ∀
虽然各种膜分离过程具有不同的原理和特征 o即使用的
膜不同 o推动力 !截流组分不同 o适用的对象和要求也不同 o
但其共同点为过程简单 !经济 !节能 !高效 o无两次污染 ∀大
多数膜分离过程中物质不发生相变 o分离系数较大 o操作温
度可为常温 o可直接放大 o可专一配膜等 ∀相对与传统工艺 o
膜分离具有以下优点 }工艺简化 o一次性投资少 o方便维护 !
操作简便 o运行费用低 o节省资源 ~运行无相变 o不破坏产品
结构 o分离效率高 o提高产品的收率和质量 ~不需用溶剂或溶
剂用量大大减少 o因而废水处理也变得更加容易≈w  ∀
3 膜的分离机理
根据截留组分的不同 o可以将膜分离过程分为微滤 !超
滤 !纳滤 !反渗透 !渗透蒸发 !渗析 !电渗析 !气体分离等 ∀用
于发酵液后处理的膜技术主要是超滤 o其次是纳滤 !微滤 !
反渗透等 ∀
3 q1 微滤膜的分离机理
微滤膜kƒl的分离机理为筛分机理 o膜的物理结构起决
定性作用 ∀此外 o吸附和电性能等因素对截流也有影响 ∀微
滤膜的截流机理因其结构上的差异而不同 ∀通过电镜观察
微滤膜截流大体分为 }膜表面层截流和膜内部截流 ∀其中膜
表面层截流主要是靠机械作用 !物理作用或吸附作用 !桥架
作用进行分离 ~膜内部截流主要是靠膜的网络内部作用 o将
微粒截留在膜内部而不是在膜的表面≈x  ∀
3 q2 超滤膜的分离机理
超滤膜k˜ƒl的分离机理为筛孔分离过程 o但膜表面的化
学性质也是影响超滤分离的重要因素 ∀即超滤过程中溶质
的截留有在膜表面的机械截留k筛分l !在膜孔中停留而被除
去k阻塞l !在膜表面及膜孔内的吸附kt次吸附lv种方式 ∀
3 q3 纳滤膜的分离机理
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纳滤膜k‘ƒl为无孔膜 o通常认为其传质机理为溶解 ) ) )
扩散方式 ∀但 ‘ƒ膜大多为荷电膜 o其对无机盐的分离行为

表 t 膜分离法的原理和基本特征≈v 
过程 膜类型 驱动力 截流组分
微滤kƒl 多孔膜 压差 ∗ s qt °¤ s qsu ∗ ts Λ°粒子
超滤k˜ƒl 非对称膜 压差 s qt ∗ t °¤ ts ∗ tss Λ°
粒子纳滤k‘ƒl 非对称膜 !复合膜 压差 s qx ∗ t qx °¤ t ±°以上溶质
反渗透k• ’l 非对称膜 !复合膜 压差 t ∗ ts °¤ t ∗ ts小分子溶质
渗析k⁄≥l 非对称膜 !离子交换膜 浓差 s qsu Λ°截流电
渗析k∞⁄l 离子交换膜 电位差 同名离子 !大离子 !水
渗透气化k°∂l 均质膜 !多孔膜 !复合膜 压差 !温差 难溶组分 !难挥发物
不仅由化学势梯度的影响 o同时也受到电势梯度的影响 o即
‘ƒ膜的行为与荷电性能以及溶质荷电状态和相互作用都有
关系 ∀
3 q4 反渗透膜的分离机理
反渗透膜k• ’l的选择透过性与组分在膜中的溶解 !吸附
和扩散有关 o因而除与膜孔大小 !结构有关外 o还与膜的化
学 !物理性质有密切关系 o即与组分和膜之间的相互作用密
切相关 ∀由此可见 o反渗透分离过程中化学因素起主导作
用 ∀
4 膜组件应用形式及其适用范围
工业上常用的膜组件有管式膜组件 !中空纤维膜组件 !
板框式膜组件 !卷式膜组件 o其性能比较如表 u所示 ∀
表 u 膜组件主要性能比较≈y 
组件类型 管式 板框式 中空纤维式 卷式
流动形态 湍流 层流 层流 湍流
抗污染性 非常好 好 差 中
膜清洗难易度 易 易 难 难
膜更换方式 膜或组件 膜 组件 组件
膜更换成本 低 中 较高 较高
对水质要求 低 较低 高 较高
预处理成本 低 低 高 高
能耗r通量 高 中 中 低
工程放大 易 难 中 中
料液预处理 不需要 需要 需要 需要
相对价格 高 高 低 低
优点 易清洗 o无死角 o适宜处
理含固体较多的料液
保留体积小 o能量消耗
界与管式和螺旋式中间
保留体积小 o单位体积
中所含过滤面大 o操作压
力低
单位体积中所含过滤面
积大 o换新膜容易
缺点 保留体积大 o单位体积
中所含过滤面积较小 o压
力降大
死体积较大 料液需要处理 o单根纤
维坏时需要更换整个模件
料液需要处理 o压力降
大 o易污染 o清洗困难
板式和管式膜多用于小批量生产 o卷式和中空纤维组件
由于填充密度高 o易规模化生产 o造价低 o可大规模应用 ∀
超滤系统可以采用间歇操作或连续操作 ∀连续操作的优
点是产品在系统中停留时间短 o这对热敏或剪切力敏感的产
品有利 o主要用于大规模生产 ∀主要缺点是在较高浓度下操
作 o故通量较低 ∀间歇操作品均通量较高 o所需膜面积较小 o
装置简单 o成本也较低 o主要缺点是需要较大的贮槽 ∀
5 膜分离技术存在的问题及解决方法≈z 
5 q1 面临问题
5 q1 q1 浓差极化 浓差极化是指分离过程中 o料液在压力驱
动下透过膜 o溶质被截留 o于是在膜与本体溶液界面或膜界面
区域浓度越来越高 o引起渗透压增大 o在膜表面形成沉积或凝
聚层 o增加透过阻力 o改变膜的分离特性 o使膜发生溶胀或恶
化膜的性能 o导致结晶析出 o阻塞流道 ∀这是一种可逆污染 o
可通过降低料液浓度或改善膜面附近料液侧的流体力学条
件 o如提高流速 !采取湍流促进器和设计合理的流速结构等方
法 o来减少浓差极化的影响 ∀≈{ 
5 q1 q2 膜污染 膜污染是指处理物料中的微粒 !胶体离子或
溶质分子与膜发生物理化学相互作用或因浓度极化使某些溶
质在膜表面或膜孔内吸附 !沉积造成膜孔径变小或堵塞 o使膜
产生透过通量与分离特性的不可逆变化现象 ∀由于膜污染是
不可逆的 o只有靠改进膜组件结构 !性能或优化膜系统设计来
减轻 ∀
浓差极化和膜污染都能引起膜性能改变 o使膜的实用性
变坏 o而膜污染是膜通量和分离性能下降的主要原因 ∀两者
密不可分 o在很多情况下正是浓差极化才导致了膜污染 ∀由
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于浓差极化和膜污染是不可避免的 o那么在膜分离过程中进
行原位检测显得尤为重要 o¬° ≤ ≤«¨ ±≈| 等详细介绍了膜分离
过程中进行原位检测技术 o并介绍了在膜污染过程中相关的
处理技术 ∀
5 q2 解决方法
5 q2 q1 使用复合膜 在膜上可涂一层聚乙醇乙烯 o改善亲水
性和膜表面的光滑度 o提高产物渗透性 o同时还可以避免膜污
染 ∀«¤±ª≈ts 等用 ³¬³¨µ¤½¬§¬±¨ 和·µ¬° ¶¨²¼¯¦«¯²µ¬§¨ 界面聚合的复
合膜用于抗生素的分离 o其分离效率可与商用纳滤膜媲美 ∀
5 q2 q2 改变膜的表面极性 在膜制备时 o改变膜的表面极性
和电荷 o常可减轻污染 o也可将膜先用吸附力较强的溶质吸
附 ∀有报道采用 Χ射线辐射 !嫁接的方法使膜表面改性≈tt  ∀
5 q2 q3 应用无机材料膜 近几年开发的新型制膜材料 o主要
有陶瓷 !玻璃和金属 ∀目前国内处于试验阶段 ∀无机材料膜
突出优点是耐高温 o耐溶剂性能好 o不易老化 o可再生性强 !耐
细菌和强度高 ∀有报道制备了 Χ2氧化铝复合膜 o并在其表面
形成硅烷层 o改进了膜的截留性能 ∀
5 q2 q4 过程处理 为提高膜分离的质量和效果 o同时为工艺
条件的选择和技术参数的确定提供合理 !可靠的依据 o应从以
下几个方面考虑和分析影响分离效果的因素 o包括对膜孔径
的选择 !³‹值的控制 !操作条件的选择 !操作方式的控制和对
操作温度的选择等 ∀
6 膜分离技术在医药生产中的应用≈tu otv 
目前膜技术日臻成熟 o已开始应用于医药领域 ∀如临床
用于血透 !血液净化 !亲和过滤 !肾透析等 ∀在生物制药领域 o
该技术可用于抗生素和氨基酸的生产 !发酵液和培养液的澄
清 !生物制品的灭菌与除热源等 ~也可用于多肽 !蛋白质 !酶 !
细胞 !病毒等大分子的富集 !浓缩和纯化 ∀此外 o该技术还可
用于制备医药生产过程中的工艺用水 !洗瓶水 !口服液 !注射
液用水 !纯水 !超纯水 !中药制剂等 ∀随着国内膜技术的日臻
成熟 o为医药生产的提取 !分离 !浓缩 !纯化一体化工程技术的
解决提供了保证 o对于提高医药生产企业的整体水平奠定了
基础≈tw  ∀
6 q1 微滤的应用
微滤是目前应用得最广的一种膜滤技术 o主要用于从液
相或气相中截留微粒 !细菌 !污染物等以达到净化除菌目
的≈tw  ∀微滤膜具有材质薄 !滤速快 !吸附少 !无介质脱落 !不参
与化学反应等特点 ∀孔径为 s qy ∗ s q{ Λ°的微滤膜可用于气
体的除菌和过滤 o其中 s qwx Λ°的微滤膜用的最多 o常用于料
液 !水的净化处理 os qu Λ°的微滤膜可用于药液的除菌过滤 ∀
目前应用于微滤技术生产的西药品种有葡萄糖大输液 !右旋
糖酐注射液 !维生素类注射液 !硫酸庆大霉素注射液等 ∀
6 q2 超滤的应用
超滤是一种具有分子水平的薄膜过滤手段 o它用特殊的
超滤膜为分离介质 o以膜两侧的压力差为推动力 o将不同分子
量的溶质进行选择性分离 ∀在生物合成药物中主要用于大分
子物质的分级分离和脱盐浓缩 !小分子物质的纯化 !医药生化
制剂的去热原处理等≈tw otx  ∀
6 q3 纳滤的应用
纳滤是近年发展起来的一种介于超滤与反渗透之间的膜
过滤方法 o可截流能通过超滤的溶质 o而让不能通过反渗透膜
的溶质通过 o填补了由超滤与反渗透留下的空白≈ty  ∀在制药
行业中 o纳滤膜可应用于抗生素 !维生素 !氨基酸 !酶等发酵液
的澄清除菌过滤 !蛋白剔除 !分离与纯化 ~y p „°„ !z p „°„ !z p
„⁄≤„及其他半合成抗生素的脱盐浓缩 ~中成药 !保健品口服
液的澄清除菌过滤 o从母液中回收有效成分≈tz  ∀
6 q4 反渗透应用
反渗透也是一种以压力差为动力的膜过滤过程 o其功能
是截流离子物质而仅通过溶剂 ∀在医药方面主要用于药品的
浓缩 !脱盐 !工艺用水 !制剂用水 !洗涤用水 !注射用水 !无菌水
之制备≈t{  ∀
随着膜分离技术的发展 o还出现了一些新技术 o如高效剪
切流过滤k‹°×ƒƒl ∀ ‹°×ƒƒ≈t|ous 是一种纯化蛋白质和核苷酸
的新技术 ∀其充分利用了生物分子间尺寸和电荷差异的二维
纯化技术 ∀因此 o高效剪切流过滤可以分离相同分子量的生
物分子 o甚至可能截留分子量小的生物分子 o而让分子量大的
生物分子透过膜 ∀由于膜所固有的特点 ) ) ) 结合能力不受流
速的影响 o膜色谱法也得到了很好的发展≈t|  ∀
7 结语和展望
膜分离已经成为生物技术工程中不可缺少的一部分 ∀发
酵培养基的灭菌过滤 !缓冲剂的纯化和蛋白质产品的制备都
经常应用膜分离技术≈us  ∀膜分离技术已成为确保现代生物制
品纯度 !安全和效用的基本技术≈ut  ∀在提高产品纯度 !收率 !
减低能耗和处理时间 !工艺改进等方面已表现出巨大的潜力
和应用价值 ∀
膜分离技术是对传统分离技术的一次革命 o得到了世界
各国的普遍重视并已发展成为重要的产业 ∀目前 o世界上膜
分离技术产品的年销售额约为 xs亿美元 o年增长率为 { h ∗
tx h ∀国内膜技术产品的年销售额约为 ts ∗ tx亿人民币 o年
均增长率约 tx h o远远超过世界和国内 Š⁄°的增长速度 o因
此 o膜分离技术具有巨大的发展潜力和应用空间≈uu  o随着医药
生产和研究的不断深入 o膜分离技术必将为社会带来巨大的
经济效益和社会效益 ∀
≈参考文献 
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志 ot||x ouyktsl }wzu q
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究 q天津药学 oussx otzkvl }yw q
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艺 1化工学报 oussx oxykwl }zv{ q
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科学与技术 oussv ouvkwl }t{s q
≈{  …¤¦¦«¬± ° o„°¬¤µ°o≥¤±¦«¨½ ∂ q²§¨¯©²µ¦²¯ ²¯¬§¤¯ ©²∏¯¬±ª²© °¨ °¥µ¤±¨ q
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³¨µ°¨ ¤·¬²± ¦«¤µ¤¦·¨µ¬¶·¬¦¶q  °¨¥µ≥¦¬ousst ot|skul }utx q
≈tu  顾觉奋 q膜分离技术在微生物制药中的应用 q中国抗生素杂志 o
ussx ovsktl }uy q
≈tv  彭银仙 o蔡国兴 o顾香玉 q膜分离浓缩芦荟原汁 q生物技术 oussv o
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≈tx  乔向利 o陈士明 o平郑骅 o等 q超滤膜分离技术在中药生产中的
应用 q上海化工 ousss oty }tv q
≈ty  何 毅 o李光明 o苏鹤祥 o等 q纳滤膜分离技术的研究进展 q过
滤与分离 oussv otvkvl }x q
≈tz  王晓琳 o张澄洪 o赵 杰 q纳滤膜的分离机理及其在食品和医药行
业中的应用 q膜科学与技术 ousss ousktl }u| q
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≈uu  郭立玮 o金万勤 o彭国平 o等 qut世纪的植物药深加工现代技术2
膜分离 q南京中医药大学学报 ousss otykulyx q
Μεµ βρανε σεπαρατιον τεχηνιθυε ανδ ιτσ αππλιχατιον
ιν ρεσεαρχη ανδ µεδιχινε προδυχτιον
≥‹Œ ⁄²±ª2®∏¬t o‹˜ ≤«∏±2°¨ ¬u
(t . Χολλεγε οφ Χηεµιστρψ ανδ Μολεχυλαρ Ενγινεερινγ , Πεκινγ Υνιϖερσιτψ, Βειϕινγ tsstst , Χηινα ;
u . Ινστιτυτε οφ Πηαρµαχολογψ & Τοξιχολογψ , Αχαδεµψ οφ µιλιταρψ οφ µεδιχαλ, Βειϕινγ tss{xs , Χηινα)
[ Αβστραχτ] ׫¨ ° °¨¥µ¤±¨ ¶¨³¤µ¤·¬²±¬¶¤±¨ º ³µ¤¦·¬¦¤¯ ·¨¦«±¬´∏¨ º¬·«º¬§¨ ¤³³¯¬¦¤·¬²±¶q׫¬¶³¤³¨µ¬±·µ²§∏¦¨¶·«¨ ¦²∏µ¶¨ ²©¬·¶§¨√¨ ²¯³2
° ±¨·o·«¨²µ¨° ¤±§©¨¤·∏µ¨ o¤±§·«¨ ∏¶¤ª¨ ²©¬·¶°²§∏¯¨qŒ·¶¤³³¯¬¦¤·¬²±¬±·«¨ µ¨¶¨¤µ¦«¤±§³µ²§∏¦·¬²±¬¶µ¨√¬¨º §¨qŒ·¶ ¬¨¬¶·¨±·´ ∏¨¶·¬²±¶¬±·«¨
¤³³¯¬¦¤·¬²±¶³µ¨¶¨±·¯¼ ¤µ¨ ¤±¤¯¼½¨ §¤±§·«¨ µ¨¯¨ √¤±·µ¨¶²¯√¨ ±·¶¤µ¨ ¥µ²∏ª«·©²µº¤µ§q
[ Κεψ ωορδσ]  °¨¥µ¤±¨ ¶¨³¤µ¤·¬²±~° §¨¬¦¬±¨ ³µ²§∏¦·¬²±~¤³³¯¬¦¤·¬²± ≈责任编辑 鲍 雷 
封面图片简介
茄科植物莨菪 Ηψοσχψαµυσ νιγερq∀一年或二年生草本 o高可达 t米 o全体被有黏性腺毛和柔毛 ~基生叶常丛生成莲座状 o茎
生叶互生 o基部半抱茎 o叶片长圆形 o边缘羽状深裂或浅裂 ~花单生叶腋 o常于茎端密集 o花冠漏斗状 o黄绿色 o具紫色脉纹 o雄蕊 x o
不等长 o花药深紫色 ~蒴果藏于宿萼内 o卵球形 o成熟时盖裂 ~种子细小 o扁卵形或扁肾形 o表面具细密隆起的网状纹理 ∀花期 y ∗ z
月 o果期 { ∗ |月 ∀莨菪常生于林边 !田野 !路旁等处 o有少量栽培 ∀主要分布于河北 !河南 !内蒙古及东北 !西北诸省区 ∀
莨菪种子入药为中药天仙子 o始载于5神农本草经6 o原名莨菪子 o列入下品 ∀李时珍释其名谓 }/其子服之 o令人狂狼放宕 o故
名0 ∀天仙子味苦 !辛 o性温 o有大毒 ∀功能解痉止痛 !安神定喘 o用于胃痉挛疼痛 !喘咳 !癫狂 ∀天仙子主要含茛菪碱和东茛菪碱 o
均系抗胆碱药 ∀ k北京大学药学院 陈虎彪l
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