Keramische MembranenAls Material, das herkömmlichen Polymermembranen überlegen ist, spielen anorganische Keramikmembranen auch in der biomedizinischen Pharmazie eine bedeutende Rolle. Nach über einem Jahrzehnt Entwicklung hat sich Chinas anorganische Keramikmembranindustrie weltweit führende Technologien angeeignet und in Bereichen wie Biopharmazeutika, Lebensmitteltechnik und Wasseraufbereitung eine gewisse Anwendungsbreite erreicht. Dieser Artikel bietet eine grundlegende Einführung in die Anwendung von Keramikmembranen im biopharmazeutischen Bereich.
Anorganische Keramikmembranen sind Präzisions-Keramikfiltrationsmaterialien mit poröser Struktur, die bei hohen Temperaturen aus anorganischen Materialien wie z. B. gesintert werden.AluminiumoxidSie bestehen aus Titanoxid und Zirkoniumoxid. Die Membranen sind dreischichtig aufgebaut: einer porösen Trägerschicht, einer Übergangsschicht und einer mikroporösen Membranschicht mit asymmetrischer Verteilung. Ihre Filtrationsgenauigkeit umfasst Mikrofiltration, Ultrafiltration und Nanofiltration.
Die Vorteile von Keramikmembranen in biomedizinischen und pharmazeutischen Anwendungen
① Lange Lebensdauer:Tests haben gezeigt, dass Keramikmembranen in vielen Anwendungen eine 3- bis 5-mal längere Lebensdauer als organische Membranen aufweisen und dabei eine stabile Trennleistung beibehalten, was die Produktionskosten bis zu einem gewissen Grad reduziert.
② Enge Porengrößenverteilung und hohe Trenngenauigkeit:Keramische Membranen erreichen eine Filtrationsrate im Nanometerbereich und ermöglichen so eine hohe Konzentration. Sie erlauben die Trennung und Konzentration in einem geschlossenen System bei Raumtemperatur und erhalten dadurch die Aktivität der Produkte.
③ Geringes Wasserwaschvolumen und reduzierte Abwassermenge:Der chemische Sauerstoffbedarf (CSB) im Abwasser wird signifikant reduziert, was die Produktausbeute deutlich verbessert und gleichzeitig die Myzelgewinnung ermöglicht. Darüber hinaus sind keine Filterhilfsmittel oder Koagulationsmittel erforderlich, wodurch sich Keramikmembranen hervorragend für Anwendungen im biopharmazeutischen Bereich eignen.
④ Ausgezeichnete chemische Stabilität, säurebeständig, laugenbeständig und korrosionsbeständig:Keramische Membranen besitzen starke antimikrobielle Eigenschaften und sind gegenüber der Erosion durch verschiedene Medien über lange Zeit beständig, wodurch sie sich für die Extraktion und Trennung verschiedener pharmazeutischer Inhaltsstoffe in Kohlenwasserstoffen und verschiedenen Lösungsmitteln eignen.
⑤ Ausgezeichnete thermische Stabilität und einfache Reinigung:Keramische Membranen lassen sich sehr einfach reinigen und desinfizieren, und eine Kontamination des abgetrennten Systems ist unwahrscheinlich. Sie erfüllen die Anforderungen an saubere und sterile Produktionsprozesse in der pharmazeutischen Herstellung und eignen sich auch für Hochtemperatur-Desinfektions- und Dampfreinigungsverfahren im pharmazeutischen Bereich.
⑥ Gute mechanische Eigenschaften und hohe strukturelle Stabilität:Keramische Membranen bestehen aus festen Materialien. Einmal installiert, fallen sie nicht leicht ab oder brechen, halten einem gewissen Druck ohne Verformung stand, quellen in keinem Lösungsmittel auf und sind beständig gegen Abrieb durch feste Partikel.
Anwendungen von Keramikmembranen in der Biomedizin
① Filtration von Extrakten aus der Traditionellen Chinesischen Medizin (TCM):Extrakte der Traditionellen Chinesischen Medizin (TCM) weisen eine relativ komplexe Zusammensetzung auf und enthalten sowohl aktive als auch inaktive Inhaltsstoffe sowie einen gewissen Anteil an toxischen Substanzen. Im Vergleich zur herkömmlichen Wasserextraktion und Alkoholfällung ermöglicht die Verwendung anorganischer Keramikmembranen zur Reinigung von TCM-Extrakten eine maximale Extraktion der Wirkstoffe. Zu den Vorteilen zählen der Verzicht auf Phasenübergänge, die nahezu vollständige Rückhaltung der Zielsubstanzen, die einfache und bequeme Handhabung sowie der geringe Wasserverbrauch.
② Trennung und Extraktion von Enzymen:Als äußerst wichtige Klasse von Biokatalysatoren spielen Enzyme eine entscheidende Rolle in der pharmazeutischen Produktion. Traditionelle Trenn- und Extraktionsmethoden wie Zentrifugation, Fällung, Dialyse und Entsalzung liefern Enzymlösungen mit unzureichender Aktivität, die weiter konzentriert werden müssen. Diese konventionellen Methoden sind zudem mit aufwendigen Verfahren, hohem Energieverbrauch, hoher Inaktivierungsanfälligkeit und geringen Ausbeuten verbunden. Im Gegensatz dazu kann die Verwendung von Keramikmembranen zur Enzymtrennung und -extraktion den Prozess vereinfachen. Sie zeichnet sich durch einfache Ausrüstung, hocheffiziente Verarbeitung und Energieeinsparung aus und ermöglicht die Trennung und Gewinnung hochkonzentrierter Bakterienzellen innerhalb kurzer Zeit bei gleichzeitiger Erhaltung der Enzymaktivität.
③ Konzentration und Reinigung der Zielprodukte:Keramische Membrantechnologie kann andere Konzentrationsverfahren wie die Vakuumverdampfungskonzentration ersetzen. Bei der Verarbeitung von Rohlösungen können niedermolekulare Substanzen (z. B. Salze) zusammen mit Wasser die Membran passieren und durch Filtration abgetrennt werden. Dies verhindert die Inaktivierung der Zielprodukte während deren weiterer Konzentration und Reinigung, was die Effizienz nachfolgender Reinigungsprozesse deutlich verbessert, Energie spart, die Bauzeit verkürzt und die Produktqualität und -ausbeute signifikant steigert.
