制藥工程專題知識講座

制藥工程專題知識講座制藥工程專題知識講座第1頁膜分離技術(shù)定義:利用天然和人工合成，含有選擇透過性薄膜，以外界能量或化學(xué)位差為推力，對雙組分或多組分體系進(jìn)行分離、分級、提純或富集技術(shù)制藥工程專題知識講座第2頁膜分離技術(shù)

膜分離技術(shù)是21世紀(jì)最為先進(jìn)分離技術(shù)之一，伴隨膜材料、膜組件、膜設(shè)備不停改進(jìn)，膜分離技術(shù)已成為當(dāng)代制藥工業(yè)和醫(yī)療中技術(shù)革新主要伎倆制藥工程專題知識講座第3頁膜分離技術(shù)

膜分離技術(shù)在短短時間快速發(fā)展起來，已廣泛有效地應(yīng)用于石油化工、生化制藥、醫(yī)療衛(wèi)生、冶金、電子、能源、輕工、紡織、食品、環(huán)境保護(hù)、航天、海運、人民生活等領(lǐng)域，形成了獨立新興技術(shù)產(chǎn)業(yè)。當(dāng)前，世界膜市場以每年遞增14-30％速度發(fā)展制藥工程專題知識講座第4頁膜分離技術(shù)

膜分離技術(shù)得到世界各國普遍重視，歐、美、日等發(fā)達(dá)國家投巨款立專題進(jìn)行開發(fā)研究，已取得在此領(lǐng)域領(lǐng)先地位。我國在“六五”、“七五”、“八五”、“九五”以及863、973計劃中均列為重點項目，給予支持制藥工程專題知識講座第5頁膜分離技術(shù)

當(dāng)前已經(jīng)工業(yè)化應(yīng)用膜分離過程有微濾(MF)、超濾(UF)、反滲透(RO)、滲析(D)、電滲析(ED)、氣體分離(GS)、滲透汽化(PV)、乳化液膜(ELM)等八種

還有許多正在開發(fā)研究中新膜過程，它們是膜萃取、膜蒸餾、雙極性膜電滲析、膜分相、膜吸收、膜反應(yīng)、膜控制釋放、膜生物傳感器等。這些膜過程當(dāng)前尚處于小型試驗和中試階段制藥工程專題知識講座第6頁膜分離技術(shù)

膜分離過程共同優(yōu)點是成本低、能耗少、效率高、無污染并可回收有用物質(zhì)，尤其適合于性質(zhì)相同組分、同分異構(gòu)體組分、熱敏性組分、生物物質(zhì)組分等混合物分離制藥工程專題知識講座第7頁分離膜

分離膜是指能以特定形式限制和傳遞流體物質(zhì)分隔兩相或兩個別界面。膜形式能夠是固態(tài)，也能夠是液態(tài)。被膜分割流體物質(zhì)能夠是液態(tài)，也能夠是氣態(tài)。膜最少含有兩個界面，膜經(jīng)過這兩個界面與被分割兩側(cè)流體接觸并進(jìn)行傳遞。分離膜對流體能夠是完全透過性，也能夠是半透過性，但不能是完全不透過性。膜在生產(chǎn)和研究中使用技術(shù)被稱為膜技術(shù)制藥工程專題知識講座第8頁分離膜1.定義在流體相內(nèi)或兩個流體相之間有一薄層凝聚相物質(zhì)把流體相分隔成兩個別，此薄層物質(zhì)就是膜2.特征

a必須有兩個界面

b含有選擇透過性膜原料側(cè)稱為膜上游透過側(cè)稱為膜下游制藥工程專題知識講座第9頁膜種類及結(jié)構(gòu)1.按膜材料分類合成聚合物膜、無機材料膜等類別膜材料舉例纖維素酯類纖維素衍生物類醋酸纖維素，硝酸纖維素，乙基纖維素等非纖維素酯類聚砜類聚砜，聚醚砜，聚芳醚砜，磺化聚砜等聚酰(亞)胺類聚砜酰胺，芳香族聚酰胺，含氟聚酰亞胺等聚酯、烯烴類滌綸，聚碳酸酯，聚乙烯，聚丙烯腈等含氟(硅)類聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯，聚二甲基硅氧烷等其它殼聚糖，聚電解質(zhì)等制藥工程專題知識講座第10頁膜種類及結(jié)構(gòu)2.按膜分離原理及適用范圍分類

依據(jù)分離膜分離原理和推進(jìn)力不一樣，可將其分為微孔膜、超出濾膜、反滲透膜、納濾膜、滲析膜、電滲析膜、滲透蒸發(fā)膜等

3.按膜斷面物理形態(tài)分類

依據(jù)分離膜斷面物理形態(tài)不一樣，可將其分為對稱膜，不對稱膜、復(fù)合膜、平板膜、管式膜、中空纖維膜等制藥工程專題知識講座第11頁膜種類及結(jié)構(gòu)對稱膜:

膜兩側(cè)截面結(jié)構(gòu)及形態(tài)相同，孔徑與孔徑分布基礎(chǔ)一致 膜厚度約為10-200μm

有疏松和致密兩種，致密當(dāng)前工業(yè)少用制藥工程專題知識講座第12頁膜種類及結(jié)構(gòu)非對稱膜由致密表皮層及疏松多孔支撐層組成，致密層厚度約為0.1-0.5μm，支撐層厚度約為50-150μm表皮層與疏松多孔支撐層材料相同制藥工程專題知識講座第13頁膜種類及結(jié)構(gòu)

復(fù)合膜 一個含有表皮非對稱膜，但表皮材料與用作支撐層對稱或非對稱膜材料不一樣 皮層能夠多層疊合制藥工程專題知識講座第14頁膜材料

要求：

1.含有良好成膜性能和物化穩(wěn)定性

2.耐酸、堿、微生物侵蝕和耐氧化等

3.耐壓、耐溫（分離0-80℃清洗≥110℃）

4.化學(xué)相容性能耐各種化學(xué)物質(zhì)侵蝕

5.生物相容性不使蛋白質(zhì)和酶發(fā)生變性，無抗原性

6.低成本制藥工程專題知識講座第15頁膜材料1.合成聚合物膜材料（高分子膜多采?。?纖維素類、聚酰胺類、芳香雜環(huán)類、聚砜類、聚烯烴類等2.無機膜金屬及其氧化物、多孔玻璃、陶瓷等制藥工程專題知識講座第16頁膜材料無機膜優(yōu)點：1.熱穩(wěn)定性好，適合用于高溫（可達(dá)400℃）、高壓體系2.化學(xué)穩(wěn)定性好，能耐酸和弱堿，pH值范圍寬3.抗微生物能力強，與普通微生物不發(fā)生生化及化學(xué)反應(yīng)4.無機膜組件機械強度大5.清潔狀態(tài)好，本身無毒，輕易再生和清洗6.孔分布窄，分離性能好制藥工程專題知識講座第17頁膜材料

無機膜缺點：

1.沒有彈性、比較脆

2.不易成型加工

3.用于造膜材料少

4.成本較高

5.強堿條件下受到侵蝕制藥工程專題知識講座第18頁膜分離性能表示法

包含：1.物化穩(wěn)定性指膜強度、允許使用壓力、溫度、pH值以及對有機溶劑和各種化學(xué)藥品抵抗性，他是決定膜作用壽命主要原因2.分離特征主要包含分離效率、滲透通量和通量衰減系數(shù)三個方面制藥工程專題知識講座第19頁分離效率：用表觀分離率RE表示

RE=（1-CP/Cb）×100%CP膜透過液濃度Cb上游側(cè)主體溶液濃度滲透通量：單位時間內(nèi)經(jīng)過單位膜面積透過物量，用JW表示Jw=V/S·tV-透過液容積或質(zhì)量

S-膜有效面積

t-運轉(zhuǎn)時間制藥工程專題知識講座第20頁

通量衰減系數(shù)：膜滲透通量因為過程濃度極化、膜壓密以及膜污染等原因?qū)㈦S時間而衰減，用衰減系數(shù)m表示

JT=J1·tm

JT、J1-膜運轉(zhuǎn)t小時和1小時后透過速度

t-運轉(zhuǎn)時間

m—衰減系數(shù)（通量衰減因子）

制藥工程專題知識講座第21頁膜組件

將膜、固定膜支撐材料、間隔物或管式外殼經(jīng)過一定粘合或組裝組成一個單元，是膜分離裝置關(guān)鍵主要有板框式、卷式、管式、中空纖維式，前二種使用平板膜，后二種使用管式膜制藥工程專題知識講座第22頁

操作方式

膜操作方式可分為死端操作和錯流操作

1.死端操作（無流動操作）

全部原料均被強制經(jīng)過膜，原料

中被截留組分濃度隨時間不停增加，

因而滲透量隨時間而降低，易受污染

制藥工程專題知識講座第23頁2)錯流操作

原料以一定組成進(jìn)入膜組件并平行流過膜表面，沿膜組件內(nèi)不一樣位置，原料組成逐步改變，原料流分為兩股：滲透物流和截留物流操作方式制藥工程專題知識講座第24頁膜分離技術(shù)

推進(jìn)力適用分離范圍應(yīng)用微濾壓力差0.01-10微米除顆粒物及細(xì)菌超濾壓力差0.001-0.01微米除病毒、熱原和蛋白納濾壓力差切割分子量200-1000分子濃縮反滲透壓力差離子級去除無機鹽、金屬離子滲透汽化分離物分壓分離物濃度在0.1%-10%水/有機物有機物/有機物分離透析濃度差切割分子量50-10,000血液凈化氣體分離分壓差分離物在膜中相對溶解性富氧制備各種分離技術(shù)特點制藥工程專題知識講座第25頁膜分離技術(shù)類型1)反滲透當(dāng)純水和鹽水被理想半透膜隔開，理想半透膜只允許水經(jīng)過而阻止鹽經(jīng)過，此時膜純水側(cè)水會自發(fā)地經(jīng)過半透膜流入鹽水一側(cè)，這種現(xiàn)象稱為滲透，若在膜鹽水側(cè)施加壓力，那么水自發(fā)流動將受到抑制而減慢，當(dāng)施加壓力到達(dá)某一數(shù)值時，水經(jīng)過膜凈流量等于零，這個壓力稱為滲透壓力，當(dāng)施加在膜鹽水側(cè)壓力大于滲透壓力時，水流向就會逆轉(zhuǎn)，此時，鹽水中水將流入純水側(cè)，上述現(xiàn)象就是水反滲透（RO）處理基礎(chǔ)原理制藥工程專題知識講座第26頁膜分離技術(shù)類型

適合制備反滲透膜主要原料有芳香族聚酰胺類、纖維素醋酸酯類、殼聚糖等，當(dāng)前僅有芳香族聚酰胺類、纖維素醋酸酯類用于商品化制藥工程專題知識講座第27頁膜分離技術(shù)類型2)超濾

超濾是一個加壓膜分離技術(shù)，即在一定壓力下，使小分子溶質(zhì)和溶劑穿過一定孔徑特制薄膜，而使大分子溶質(zhì)不能透過，留在膜一邊，從而使大分子物質(zhì)得到了個別純化與濃縮

優(yōu)點：a.操作簡便，成本低廉，不需增加任何化學(xué)試劑

b.沒有相改變，而且不引發(fā)溫度、pH改變，因而能夠預(yù)防生物大分子變性、失活和自溶超濾膜組件

制藥工程專題知識講座第28頁膜分離技術(shù)類型

超濾膜常見膜普通是由乙酸纖維或硝酸纖維或此二者混合物制成。多年來為適應(yīng)制藥和食品工業(yè)上滅菌需要，發(fā)展了非纖維型各向異性膜，比如聚砜膜、聚砜酰胺膜和聚丙烯腈膜等。這種膜在pH1～14都是穩(wěn)定，且能在90℃下正常工作。超濾膜通常是比較穩(wěn)定，若使用恰當(dāng)，能連續(xù)用1～2年管式膜

制藥工程專題知識講座第29頁膜分離技術(shù)類型3）納濾納濾(NF)介于反滲透和超濾之間，膜孔徑范圍在幾個納米左右，膜表面分離皮層普通可含有納米級分離微孔結(jié)構(gòu)。納濾是以壓力差為推進(jìn)力膜分離過程優(yōu)點：a.能截留透過超濾膜小相對分子質(zhì)量有機物

b.能透析反滲透膜所截留個別無機鹽制藥工程專題知識講座第30頁膜分離技術(shù)類型納濾膜納濾膜成膜材料基礎(chǔ)上與反滲透材料相同。商品化納濾膜膜材質(zhì)主要有以下幾個：醋酸纖維素(CA)、磺化聚砜(SPS)、磺化聚醚砜(SPES)和聚乙烯醇(PVA)等制藥工程專題知識講座第31頁膜分離技術(shù)類型4)電滲析

利用半透膜選擇透過性來分離不一樣溶質(zhì)粒子（如離子）方法稱為滲析。在電場作用下進(jìn)行滲析時，溶液中帶電溶質(zhì)粒子（如離子）經(jīng)過膜而遷移現(xiàn)象稱為電滲析優(yōu)點：去除水中能離解成陰、陽離子無機鹽類A：陰離子膜，K：陽離子膜；D：稀室，C：濃室制藥工程專題知識講座第32頁應(yīng)用藥學(xué)：

1.生物和醫(yī)藥制品澄清、滅菌

2.生物和醫(yī)藥制品除熱原和病毒

3.生物和醫(yī)藥制品濃縮、分離和純化

4.滅菌水、除熱原水和注射水制備制藥工程專題知識講座第33頁應(yīng)用醫(yī)學(xué)：

1.血液凈化（透析）

2.空氣滅菌和凈化

3.醫(yī)用膜制氧設(shè)備

4.膜式人工肺制藥工程專題知識講座第34頁應(yīng)用

透析：

原理:

溶質(zhì)(低分子)由A側(cè)經(jīng)過擴(kuò)散透過膜，溶劑（水）由B側(cè)依據(jù)滲透原理透過膜-進(jìn)行相互移動經(jīng)一段時間后，兩側(cè)液體中小分子物質(zhì)和水到達(dá)動態(tài)平衡-這種現(xiàn)象稱為透析是一個擴(kuò)散控制，以濃度梯度為驅(qū)動力膜分離方法目標(biāo)：借助這種擴(kuò)散速度差，使A側(cè)兩組分以上溶質(zhì)得以分離制藥工程專題知識講座第35頁應(yīng)用

透析膜：是一個以濃度差為推進(jìn)力分離膜。依據(jù)分離溶質(zhì)粒徑，要求分離膜上有相適應(yīng)孔徑均勻微孔。膜孔徑在1μm以下有機高聚物均質(zhì)膜，是一類不帶電荷多孔膜制藥工程專題知識講座第36頁應(yīng)用透析特點：1.

分離目標(biāo)：大分子溶質(zhì)溶液脫小分子；小分子溶質(zhì)溶液脫大分子2.截留物尺寸：0.001-1m(工業(yè)>0.02μm,人工腎>0.005μm)3.

透過膜物質(zhì):微小溶質(zhì),較小溶質(zhì)4.推進(jìn)力：為濃度差制藥工程專題知識講座第37頁應(yīng)用透析特點：5.傳質(zhì)/選擇性機理:微孔膜中篩分,受阻擴(kuò)散6.供料和滲透物相態(tài):液體7.流動形式:多采取“錯流”8.膜類型：非對稱膜、離子交換膜制藥工程專題知識講座第38頁應(yīng)用理想透析膜材料特點：1.膜材料純度高，不含有任何對生體有害物質(zhì)2.含有優(yōu)良生物相容性，對蛋白質(zhì)無特異吸附3.有穩(wěn)定物理、化學(xué)性能和良好力學(xué)性能4.能經(jīng)受消毒處理而不影響結(jié)構(gòu)、性能制藥工程專題知識講座第39頁應(yīng)用理想透析膜材料特點：5.加工成型方便，膜表皮層及支撐層孔隙率盡可能高，以取得更高通量6.孔徑分布應(yīng)盡可能窄，使膜對全部被希望脫除分子篩分系數(shù)都靠近于17.透析器封裝材料不能含有亞甲基二苯胺、不會釋放環(huán)氧乙烷等制藥工程專題知識講座第40頁應(yīng)用

膜材料：

有天然纖維素及其衍生物與合成聚合物兩大類纖維素類：醋酸纖維素、再生纖維素等合成聚合物類：聚酰胺、聚丙烯腈、聚碳酸酯、聚砜、聚烯烴、聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚醚嵌段共聚物等制藥工程專題知識講座第41頁膜材料生產(chǎn)廠商評論銅氨法再生纖維素Akzo-EnKa**首次用于臨床透析AsahiChemical第一個日本透析膜Terumo脫乙酰基纖維素Cordis-Dow第一個中空纖維透析膜Teijin蒸汽消毒醋酸纖維素Cordis-Dow蛋白質(zhì)過濾膜Toyobo聚丙烯腈RhonePoulenc*由合成聚合物制造第一個膜AsahiChemical用于去除β2-小球蛋白第一個不對稱透析膜聚甲基丙烯酸酯Toray采取特征吸附，γ射線消毒，以去除β2-小球蛋白乙烯-乙烯醇共聚物Kuraray抗凝血酶源透析膜聚醚砜/多芳基化合物合金Fresenius用于去除β2-小球蛋白不對稱透析膜聚砜Nikkiso易于控制滲透率不對稱透析膜聚酰胺Grambro用于去除β2-小球蛋白不對稱透析膜

已商業(yè)化人工腎使用透析膜材料

制藥工程專題知識講座第42頁應(yīng)用

人工腎：血液透析俗稱"人工腎"，即將血液與透析液分置于一人工合成半透膜兩側(cè)，利用各自不一樣濃度和滲透壓相互進(jìn)行擴(kuò)散和滲透治療方法。血液透析可將患者體內(nèi)多出水及代謝廢物排出體外，并從透析液中吸收機體缺乏電解質(zhì)及堿基，以到達(dá)糾正水電解質(zhì)及酸堿平衡目標(biāo)制藥工程專題知識講座第43頁應(yīng)用人工腎組成：

由透析器、透析液供給裝置和自動監(jiān)護(hù)裝置三個別組成，經(jīng)過血液回路把人體與透析型人工腎連接起來透析器是人工腎關(guān)鍵部件之一，血液透析過程就在透析器中進(jìn)行制藥工程專題知識講座第44頁應(yīng)用制藥工程專題知識講座第45頁應(yīng)用

人工肝：人工肝技術(shù)是借助體外機械、化學(xué)或生物性裝置，暫時個別替換肝臟功效，從而幫助治療肝功效不全、肝衰竭或相關(guān)肝臟疾病人工肝作為肝衰竭時人體肝臟替換裝置和肝功效輔助裝置，其在臨床得到廣泛地應(yīng)用制藥工程專題知識講座第46頁應(yīng)用

人工肝以及血液凈化技術(shù)基礎(chǔ)之一就是各類膜材料使用。利用膜分離技術(shù)將人體血液中愈量代謝廢物、毒物、致病物質(zhì)以及其它有害溶質(zhì)，從血液中分離出去，恢復(fù)血液正常溶質(zhì)