Voordelen van keramische membranen in biofarmaceutica
Keramische membranen, als materiaal superieur aan traditionele polymeerscheidingsmembranen, spelen ook een niet te verwaarlozen rol in de biomedische farmacie. Na meer dan een decennium van ontwikkeling heeft de Chinese anorganische keramische membraanindustrie toonaangevende technologieën verworven en een zekere omvang van toepassingen bereikt in sectoren zoals biofarmaceutica, voedingsmiddelentechnologie en waterzuivering. Dit artikel biedt een basisintroductie tot de toepassing van keramische membranen in de biofarmaceutische sector.
Anorganische keramische membranen zijn keramische precisiefiltratiematerialen met een poreuze structuur, die bij hoge temperaturen worden gesinterd uit anorganische materialen zoalsaluminiumoxide, titaniumoxide en zirkoniumoxide. Ze bestaan uit een drielaagse structuur: een poreuze dragerlaag, een overgangslaag en een microporeuze membraanlaag, met een asymmetrische verdeling. Hun filtratieprecisie omvat microfiltratie, ultrafiltratie en nanofiltratie.
De voordelen van keramische membranen in biomedische en farmaceutische toepassingen
① Lange levensduur:Uit testen is gebleken dat keramische membranen in veel toepassingen een 3 tot 5 keer langere levensduur hebben dan organische membranen. De scheidingsprestaties blijven stabiel, waardoor de productiekosten enigszins worden verlaagd.
② Smalle poriegrootteverdeling en hoge scheidingsprecisie:Keramische membranen kunnen een filtratieniveau op nanoschaal bereiken, wat concentratie met hoge vergroting mogelijk maakt. Ze maken scheiding en concentratie mogelijk in een gesloten omgeving bij kamertemperatuur, waardoor de activiteit van producten behouden blijft.
③ Klein waterwasvolume en verminderde afvalwaterlozing:Het chemisch zuurstofverbruik (CZV) in afvalwater wordt aanzienlijk verlaagd, wat de productopbrengst aanzienlijk verbetert en tegelijkertijd myceliumwinning mogelijk maakt. Bovendien zijn er geen filterhulpmiddelen of coagulanten nodig, waardoor keramische membranen zeer geschikt zijn voor toepassingen in de biofarmaceutische sector.
4. Uitstekende chemische stabiliteit, zuurbestendig, alkalibestendig en corrosiebestendig:Keramische membranen hebben sterke antimicrobiële eigenschappen en zijn langdurig bestand tegen erosie van diverse media. Hierdoor zijn ze geschikt voor de extractie en scheiding van diverse farmaceutische ingrediënten in koolwaterstoffen en diverse oplosmiddelen.
5 Uitstekende thermische stabiliteit en eenvoudig te reinigen:Keramische membranen zijn zeer eenvoudig te reinigen en te desinfecteren, en het is onwaarschijnlijk dat het gescheiden systeem verontreinigd raakt. Ze voldoen aan de eisen voor schone en steriele productieprocessen in de farmaceutische industrie en zijn ook geschikt voor desinfectie bij hoge temperaturen en stoomreinigingsprocessen in de farmaceutische sector.
⑥ Goede mechanische eigenschappen en hoge structurele stabiliteit:Keramische membranen zijn gemaakt van vaste materialen. Eenmaal geïnstalleerd, vallen ze niet gemakkelijk af of breken ze niet, kunnen ze een bepaalde druk weerstaan zonder te vervormen, zwellen ze niet op in oplosmiddelen en zijn ze bestand tegen slijtage door vaste deeltjes.
Toepassingen van keramische membranen in de biomedische wetenschap
① Filtratie van extracten uit de traditionele Chinese geneeskunde (TCM):TCM-extracten hebben een relatief complexe samenstelling en bevatten zowel actieve als inactieve ingrediënten, plus een bepaalde hoeveelheid toxische ingrediënten. Vergeleken met traditionele waterextractie en alcoholprecipitatie kan het gebruik van anorganische keramische membranen voor de zuivering van TCM-extracten de extractie van actieve ingrediënten maximaliseren. Voordelen hiervan zijn onder andere geen faseverandering, bijna 100% retentie van doelstoffen, eenvoudige en handige procesvoering en een laag waterverbruik.
2. Scheiding en extractie van enzymen:Enzymen spelen als uiterst belangrijke klasse biokatalysatoren een cruciale rol in de farmaceutische productie. Traditionele scheidings- en extractiemethoden zoals centrifugatie, precipitatie, dialyseconcentratie en ontzilting leveren enzymoplossingen op met onvoldoende activiteit, die verdere concentratie vereisen. Deze conventionele methoden kampen ook met omslachtige procedures, een hoog energieverbruik, een hoge gevoeligheid voor inactivatie en lage recovery rates. Het gebruik van keramische membraantechnologie voor enzymscheiding en -extractie daarentegen kan het proces vereenvoudigen. Deze technologie kenmerkt zich door eenvoudige apparatuur, een zeer efficiënte verwerking en energiebesparing, waardoor de scheiding en acquisitie van bacteriële cellen met een hoge concentratie binnen korte tijd mogelijk is, met behoud van enzymactiviteit.
③ Concentratie en zuivering van doelproducten:Keramische membraantechnologie kan andere concentratiemethoden, zoals vacuümverdampingsconcentratie, vervangen. Bij de verwerking van ruwe-olieoplossingen kunnen laagmoleculaire stoffen (bijv. zouten) samen met water door het membraan passeren en door filtratie worden verwijderd. Dit voorkomt inactivering van doelproducten tijdens verdere concentratie en zuivering, wat de efficiëntie van daaropvolgende zuiveringsprocessen aanzienlijk verbetert, energie bespaart, de bouwtijd verkort en de productkwaliteit en -opbrengst aanzienlijk verbetert.