濾過滅菌在制藥過程中的應(yīng)用----濾過滅菌

1、2024/3/2,上海德圓科技發(fā)展有限公司,恭祝會(huì)議圓滿成功,2024/3/2,上海德圓科技發(fā)展有限公司,膜技術(shù)將為制藥工業(yè)的發(fā)展增輝,2024/3/2,上海德圓科技發(fā)展有限公司,濾過滅菌在制藥過程中的應(yīng)用,余獻(xiàn)國,上海德圓科技發(fā)展有限公司,2024/3/2,上海德圓科技發(fā)展有限公司,隨著現(xiàn)代制藥工藝要求不斷發(fā)展，普通滅菌方法已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足制劑新的要求，尤其是生物制劑。,膜技術(shù)將為此作出杰出的貢獻(xiàn),2024/3/2,上海德圓科技發(fā)展有限

2、公司,,目錄 摘要一 前言二 膜結(jié)構(gòu)過濾原理三 生物制劑中內(nèi)毒素的清除四 膜在制藥過程中的應(yīng)用五 結(jié)語,2024/3/2,上海德圓科技發(fā)展有限公司,,,膜現(xiàn)象無處不在,2024/3/2,上海德圓科技發(fā)展有限公司,,,摘 要 膜過濾為制藥業(yè)中各種制劑的滅菌工藝開拓了一片新天地，它無需高溫、無需加化學(xué)滅菌劑，這對保證藥劑藥效都有良好的作用。膜過濾技術(shù)除菌、除內(nèi)毒素等病毒的工藝正在制藥業(yè)中逐漸展開，相信

3、膜技術(shù)在制藥業(yè)中起到的作用將會(huì)日益增加。,2024/3/2,上海德圓科技發(fā)展有限公司,,本世紀(jì)將是一個(gè)生物科學(xué)大發(fā)展的時(shí)代，未來的膜材料將是具有生物學(xué)意義的，未來的膜科學(xué)技術(shù)及材料將為人類的健康事業(yè)與提高人類生活質(zhì)量作出禮程碑的貢獻(xiàn)。,2024/3/2,上海德圓科技發(fā)展有限公司,一 前言,,一 前言 從生物學(xué)角度認(rèn)識(shí)“膜”時(shí)，這里的“膜”不僅是一個(gè)選擇性的屏障、而是具有了生物活性，在生物膜中所有的特性都具有了活性。

4、“膜”若從生物學(xué)角度來定義，它就具有生命了，它是一個(gè)活體，它可以在每個(gè)部位上以“選擇性功能---吐納”來維持機(jī)體的生命，生物膜的功能自始至終地發(fā)揮著作用，真至生物膜發(fā)生病理變化失效為止。,2024/3/2,上海德圓科技發(fā)展有限公司,膜是一門高新技術(shù)，并非有了膜就能解決一切問題，常常因?yàn)閷δすδ懿涣私庖约皩Ρ惶幚砦镔|(zhì)特性不清楚，導(dǎo)致了許多膜工程的失敗，最后給人的感覺是膜技術(shù)還不成熟。要使每一項(xiàng)膜工程都能成功地應(yīng)用在每一項(xiàng)目中，只有對膜的性

5、能多加了解，膜的應(yīng)用才會(huì)更廣泛、更成功。,2024/3/2,上海德圓科技發(fā)展有限公司,,,隨著生物制藥業(yè)的發(fā)展，近年來越來越多的藥物采用動(dòng)植物做原料，如中草藥就是這樣的一種典型藥劑。這些原藥中含有大量的微生物，這些原藥經(jīng)過制藥時(shí)各種相關(guān)工序的處理，或經(jīng)高溫煎煮，微生物是殺滅了，但是微生物的尸體仍然沒有去除，還留在藥物之中。如果制成注射劑問題就更嚴(yán)重了，這就會(huì)使內(nèi)毒素殘留在藥劑內(nèi)，注射后病人仍會(huì)有發(fā)燒等反應(yīng)，嚴(yán)重者還會(huì)危及到生命。因此，藥

6、劑的滅菌及除內(nèi)毒素是一項(xiàng)十分重要的工序，必須引起充分的重視。,二 膜結(jié)構(gòu)過濾原理,2024/3/2,上海德圓科技發(fā)展有限公司,膜技術(shù)發(fā)明于200多年以前，德國人從豬膀胱的滲析中得到啟示，其實(shí)人類腎臟腎小球的膜就是最典型的膜功能。,人類腎臟,腎小球形貌,2024/3/2,上海德圓科技發(fā)展有限公司,肺泡膜形貌,腸粘膜絨毛,2024/3/2,上海德圓科技發(fā)展有限公司,2.1 膜的一般概念,2.1.1 生物膜膜廣泛存在于自然界， 人體就是

7、最完美的膜組合，生物體中最小單元就是細(xì)胞，細(xì)胞之間就是以膜為分界并且以膜來實(shí)現(xiàn)細(xì)胞新陳代謝功能的。,2024/3/2,上海德圓科技發(fā)展有限公司,生物膜的組織形貌之一— 紅血球圖像,2024/3/2,上海德圓科技發(fā)展有限公司,細(xì)胞膜的電鏡形貌圖,2024/3/2,上海德圓科技發(fā)展有限公司,細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)等其它物質(zhì)的通道,2024/3/2,上海德圓科技發(fā)展有限公司,細(xì)胞膜上水、鈣及離子的通道,2024/3/2,上海德圓科技發(fā)展有限公司

8、,膜過濾原理圖,2024/3/2,上海德圓科技發(fā)展有限公司,2.2 膜材料 目前用于物質(zhì)分離的膜材料有很多種類，主要有高分子材料、陶瓷材料、金屬材料，當(dāng)前使用最多的是高分子材料、其次是陶瓷材料、金屬材料使用較少。有些材料帶負(fù)電荷，有些材料帶正電荷。對于被過濾物質(zhì)而言，在使用過程中應(yīng)根據(jù)不同物質(zhì)的特性，選擇不同材料的膜材料。,2024/3/2,上海德圓科技發(fā)展有限公司,膜功能主要是分離，要用一句簡明的語言描述，可以把膜理解

9、為是泥瓦匠的篩子，只不過這把篩子是納米、微米級的。從膜孔徑來看有微濾、超濾、納濾、反滲透膜。,2024/3/2,上海德圓科技發(fā)展有限公司,2024/3/2,上海德圓科技發(fā)展有限公司,2.4 膜組織結(jié)構(gòu),微濾膜,超濾膜,納濾膜,2024/3/2,上海德圓科技發(fā)展有限公司,,左上：單皮層內(nèi)壓膜右上：指狀孔膜結(jié)構(gòu)左下：截留層膜結(jié)構(gòu),2024/3/2,上海德圓科技發(fā)展有限公司,,,膜孔徑尺寸的離散度越小則過濾精度越高。一些標(biāo)稱孔徑多少萬道爾

10、頓的膜，要考核它的是標(biāo)稱范圍的物質(zhì)過濾質(zhì)量，選擇一個(gè)優(yōu)質(zhì)的膜品種對于藥劑過濾是很重要的。,高分子材料制成的膜，它具有很大的塑性。對它施以高壓，會(huì)把膜孔壓扁、壓密，使原來的膜孔反而縮小，最終也會(huì)導(dǎo)致通量的下降。如果被處理物質(zhì)是高粘度的，更應(yīng)該使用低壓高流量的處理方法，這樣使膜的通量不易衰減，反而提高使用壽命。,2024/3/2,上海德圓科技發(fā)展有限公司,,上圖：膜的衰減曲線,下圖：壓力與超濾通量的關(guān)系,2024/3/2,上海德圓科技發(fā)展有

11、限公司,,,,2.5 膜型式,,,中空纖維膜型式,2024/3/2,上海德圓科技發(fā)展有限公司,,2.6膜組件與過濾方式,下圖膜過濾原理圖,上圖膜組件型式圖,2024/3/2,上海德圓科技發(fā)展有限公司,內(nèi)壓式,外壓式,靜置式,2024/3/2,上海德圓科技發(fā)展有限公司,2.2 膜過濾細(xì)菌、病毒的原理,2.2.1 膜孔徑截留細(xì)菌,2024/3/2,上海德圓科技發(fā)展有限公司,A:鏈球菌,2024/3/2,上海德圓科技發(fā)展有限公司,B：大腸桿

12、菌,2024/3/2,上海德圓科技發(fā)展有限公司,,,C：螺旋菌,C：弧狀菌,,2024/3/2,上海德圓科技發(fā)展有限公司,放大15000倍的膜孔圖13 細(xì)菌及膜孔徑形貌,2024/3/2,上海德圓科技發(fā)展有限公司,膜過濾網(wǎng)格示意圖,,,,,,,,,,,,,,2024/3/2,上海德圓科技發(fā)展有限公司,,根據(jù)上述細(xì)菌的尺寸，用微濾級的膜即可截留去除。微濾膜的孔徑大小基本上在微米級以上，通常比較典型的例子，即大腸桿菌直徑是0.5μm,可以

13、用0.2μm孔徑的微濾膜去除。膜過濾孔徑的選擇是小于被過濾物質(zhì)的1/2為好。膜孔越小，通量也越小，為了保證產(chǎn)量，可根據(jù)不同的菌種選擇不同規(guī)格的膜種，這樣既保證了質(zhì)量，也提高了產(chǎn)量。也不要一味地追求產(chǎn)量而選用過大的膜孔徑，這樣會(huì)導(dǎo)致膜過濾功能的過早衰退。因?yàn)榇罂讖降哪と菀走M(jìn)入大分子物質(zhì)，容易造成對膜孔的污堵，使膜壽命大幅度下降。,2024/3/2,上海德圓科技發(fā)展有限公司,,2.2.2 膜孔徑截留病毒

14、細(xì)菌代謝過程中產(chǎn)生的毒素則更小，用微濾膜過濾就不能去除。如藻類毒素是致肝癌原兇之一，在制藥水中需要用超濾膜進(jìn)行去除，超濾膜的孔徑屬于納米級別，對于病毒或細(xì)菌產(chǎn)生的毒素有良好的去除作用。德圓公司生產(chǎn)的中空纖維超濾膜對微囊藻類毒素進(jìn)行清除，經(jīng)上海預(yù)防研究所檢測后證明有非常好的去除功效。,2024/3/2,上海德圓科技發(fā)展有限公司,藻類毒素過濾效果表,2024/3/2,上海德圓科技發(fā)展有限公司,藻類菌,,肝炎病毒,,愛茲病毒,2024/3/2

15、,上海德圓科技發(fā)展有限公司,冠狀病毒,,,,2024/3/2,上海德圓科技發(fā)展有限公司,,病毒的顆粒很小，其尺寸均屬于納米級別。過濾病毒則是超濾膜最為特長的功能。它可以將病毒完全清除掉，只要選擇的截留規(guī)格完全正確。下圖A是一種DNA的病毒顆粒和RNA的病毒顆粒，其圖片分別標(biāo)定了尺寸為300nm和50nm。而B是超濾膜的孔徑，只有幾個(gè)納米。從下圖兩套圖片可以看到掃描電鏡圖片中的超濾膜孔遠(yuǎn)小于病毒顆粒。這樣對于去除病毒，又保留了有藥效的成分

16、有著很重要的意義。因此制劑過程中對于膜的這種過濾功能應(yīng)該加以很好的利用。,2024/3/2,上海德圓科技發(fā)展有限公司,膜孔徑,,病毒微粒,,2024/3/2,上海德圓科技發(fā)展有限公司,三 生物制劑中內(nèi)毒素的清除 細(xì)菌內(nèi)毒素又稱熱原，是細(xì)菌新陳代謝和細(xì)菌死后分解的產(chǎn)物。熱原的致熱效能很強(qiáng)，人類對熱原的反應(yīng)比動(dòng)物敏感，所以在靜脈注射藥液時(shí)，如將熱原帶進(jìn)血液，約15分鐘到8小時(shí)之內(nèi)就發(fā)生冷戰(zhàn)、哆嗦、體溫明顯升高等癥狀，甚至休克

17、以至死亡。 德圓公司研制出數(shù)種超濾膜，均可一次去除水中、針劑中的細(xì)菌和熱原。鱟法、兔法檢測，未經(jīng)超濾的樣品熱原反應(yīng)均為陽性，凡經(jīng)超濾的樣品均為陰性，效果理想。,2024/3/2,上海德圓科技發(fā)展有限公司,3.1 內(nèi)毒素的來源與結(jié)構(gòu) 細(xì)菌內(nèi)毒素是革蘭氏陰性菌細(xì)胞壁上的一種脂多糖（Lipoply Saccharide）和微量蛋白（Protein）的復(fù)合物，它不是細(xì)菌或細(xì)菌的代謝產(chǎn)物，而是細(xì)

18、菌死亡或解體后才釋放出來的一種具有內(nèi)毒素生物活性的物質(zhì)。其化學(xué)成分廣泛分布于革蘭氏陰性菌（如大腸桿菌、布氏桿菌、傷寒桿菌、變形桿菌、沙門氏菌等）及其它微生物（如衣原體、立克次氏體、螺旋體等）的細(xì)胞壁層的脂多糖，其化學(xué)成份主要是由O-特異性鏈、核心多糖、類脂A三部分組成。,2024/3/2,上海德圓科技發(fā)展有限公司,細(xì)菌結(jié)構(gòu)剖析,2024/3/2,上海德圓科技發(fā)展有限公司,內(nèi)毒素結(jié)構(gòu)圖,2024/3/2,上海德圓科技發(fā)展有限公司,脂多糖主

19、要功能有四方面：1 革蘭氏陰性細(xì)菌致病物質(zhì)——內(nèi)毒素的物質(zhì)基礎(chǔ)；與磷壁酸相似，也有吸附Mg2+、Ca2+等陽離子以提高這些離子在細(xì)胞表面的濃度的作用；2 由于LPS結(jié)構(gòu)的變化，決定了革蘭氏陰性細(xì)菌細(xì)胞表面抗原決定簇的多樣性，例如，據(jù)統(tǒng)計(jì)（1983），國際上已報(bào)道過的根據(jù)LPS的結(jié)構(gòu)特性而鑒定過Salmonella（沙門氏菌屬）的表面抗原類型多達(dá)2107個(gè)；3 許多噬菌體在細(xì)胞表面的吸附受體。4 脂多糖要維持其結(jié)

20、構(gòu)的穩(wěn)定性需要足量Ca2+的存在。如果用螯合劑去除Ca2+，內(nèi)毒素就解體。這時(shí)，革蘭氏陰性細(xì)菌的內(nèi)壁層肽聚糖就暴露出來，因而就可被溶菌酶所水解。,2024/3/2,上海德圓科技發(fā)展有限公司,3.2 內(nèi)毒素膜去除法內(nèi)毒素廣泛地存在于水、醫(yī)藥制劑、體液、食品之中，其危害性之大是人所皆知的。人們想盡一切辦法去除內(nèi)毒素，可效果不理想。通常有用活性碳吸附法，這種方法在吸附內(nèi)毒素的同時(shí)把蛋白等有用物質(zhì)同步吸附了。萃取方法比較好，但工藝相當(dāng)復(fù)雜，

21、成本也很高。超濾有著較為理想的效果，而且成本低。對于水的超濾，內(nèi)毒素可以去除99.99% 。如果是混合物，則可采用一些輔助辦法同時(shí)超濾，這樣可以把內(nèi)毒素去除。如血紅蛋白Ao中的內(nèi)毒素會(huì)發(fā)生解聚。一次超濾后殘存的內(nèi)毒素較多。向?yàn)V液中加入Ca2+可以使其中的內(nèi)毒素重新聚合，再次超濾后內(nèi)毒素含量可以大幅度降低，效果理想。這種方法即簡便，又有效，只要有超濾器即可完成。,2024/3/2,上海德圓科技發(fā)展有限公司,此外還可用尼龍制成的微濾膜為基

22、礎(chǔ)，用瓊脂糖、組氨酸做成的親和膜，可以去除大輸液、牛血清蛋白、氨基酸注射液、賴氨酸等溶液中的內(nèi)毒素，去除率可達(dá)75-95%，有效成分回收率達(dá)85-98%。 多粘菌素B與膜鍵合后也可去除血清中的內(nèi)毒素，而且效果很好，日本已有產(chǎn)品用于臨床。隨著生物藥物的日益增多，以天然生物材料為原料的藥物越來越多。包括人體、動(dòng)物、植物、微生物和各種海洋生物。如基因工程制藥中有許多制劑必須在合適的宿主細(xì)胞中表達(dá)，才能獲得產(chǎn)物，如大腸桿菌生長迅速，常用作基

23、因工程研究中的原核表達(dá)體系，大腸桿菌會(huì)產(chǎn)生很難去除的內(nèi)毒素。當(dāng)前對于各種新技術(shù)制造的新藥考核很嚴(yán)，所以研究藥物的同時(shí)都把去除內(nèi)毒素作為課題項(xiàng)目的重要內(nèi)容之一。,2024/3/2,上海德圓科技發(fā)展有限公司,四 膜在制藥過程中的應(yīng)用膜科學(xué)技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于制藥業(yè)中產(chǎn)品分離的予處理，下游產(chǎn)品回收與純化、除菌與除熱原等各方面。在生物工程中用得較多且比較成熟的是超濾與微濾技術(shù)，其主要用于血將制品、疫苗、酶、發(fā)酵產(chǎn)品和一些注射劑去熱源等。近年隨

24、著膜技術(shù)的發(fā)展，開發(fā)了具有獨(dú)特功能或微結(jié)構(gòu)的高分子材料，同時(shí)又開辟了膜過程的一個(gè)新的應(yīng)用，就是把膜作為固定催化劑（例如酶）或固定特種絡(luò)合劑（例如親和配位基）的基質(zhì)，由此而產(chǎn)生新的化學(xué)合成過程，為復(fù)雜生物產(chǎn)品的工業(yè)規(guī)模純化提供嶄新而有效的應(yīng)用。在生物工程中對于多肽蛋白質(zhì)，核苷酸、酶等生物大分子及細(xì)胞等純化分離要求日益高漲。親和分離技術(shù)被認(rèn)為是復(fù)雜生物體系中提取微量目標(biāo)產(chǎn)品的高效方法之一。,2024/3/2,上海德圓科技發(fā)展有限公司,4.1

25、 血漿制品的應(yīng)用4.2 激素提純（干擾素生產(chǎn)）中的應(yīng)用4.3 固定化酶反應(yīng)器 4.4 發(fā)酵液澄清 4.5 細(xì)胞分離 4.6 多肽、氨基酸、酶、蛋白質(zhì)等大分 子物質(zhì)的濃縮和精制 4.7 除菌、除熱原和純化產(chǎn)品 4.8 抗菌素的回收和純化 4.9 醫(yī)藥用水 4.10 膜的親和過濾 4.11 疫苗中的應(yīng)用 4.12 在中草藥精制、濃縮中的應(yīng)用,2024