微孔膜过滤技术摘要本文介绍了微孔滤膜的种类、微孔过滤膜的性质及检测、微孔过滤膜设备及其注意事项以及微孔过滤膜技术在生物化学和制药工业中的应用。

关键词：微孔滤膜；过滤技术；应用目录第一章前言 (1)第二章微孔过滤膜 (1)2.1微孔滤膜的优点及种类 (1)2.2微孔滤膜的制备 (3)2.3微孔滤膜的性质与检测 (3)第三章微孔膜过滤设备 (5)3.1设备 (5)3.2过滤操作与注意事项 (6)第四章微孔膜过滤的应用 (7)4.1在生物化学中的应用 (7)4.2在制药工业中的应用 (9)第五章结论 (10)参考文献 (10)第一章前言微孔膜过滤又称精密过滤，主要用于分离亚微米级颗粒，是目前应用最广泛的一种分离分析微细颗粒和超净除菌的手段。

微孔膜过滤技术因其独特的优点已逐渐取代许多经典手段而成为独立的分离和分析方法，其适应性很强。

微孔滤膜孔径在0.025～14μm范围内，操作压力在1～10磅／英寸2之间。

孔径为0.01～0.05μm的膜可以截留噬菌体、较大病毒或大的胶体颗粒，可用于病毒分离。

孔径为0.1μm的膜用于试剂的超净、分离沉淀和胶体悬液，也可模拟生物膜。

孔径为0.2μm的膜用于高纯水的制备、制剂除菌、细菌计数、空气病毒定量测定等。

孔径为0.45μm的微孔滤膜用的最多，常用来进行水的超净化处理、汽油超净、电子工业检查、注射液的无菌检查、饮用水的细菌检查、放射免疫测定、光的分析等。

测介质溶液的净化以及锅炉水中Fe(OH)3随着微孔膜过滤技术的发展，微孔滤膜的商品种类日益增多，用来制膜的材料也叫多，如纤维素、纤维素脂、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚酰胺、丙稀腈／氯乙烯聚合物及聚碳酸酯，甚至玻璃纤维等。

用各种材料以不同方法制造的微孔滤膜能够适应多种分离和测定的需要。

目前，用于水处理的膜材料很多，不仅有疏水性聚合物如聚乙烯、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯等[1～3]。

还有亲水性聚合物如聚乙烯醇、聚砜等[4,5]。

第二章微孔过滤膜2.1微孔滤膜的优点及种类1.微孔滤膜的优点是：①设备简单，只需要微孔滤膜和一般过滤装置便可进行工作。

②操作简单、快速，适于同时处理多个样品。

③分离效率高，重现性好。

因膜孔径比超滤膜大，流速大大加快，且可在同一片微孔膜上进行分离、洗涤、干燥、测定等操作，所以不会因样品转移而导致损失。

④一些微孔滤膜具有结合生物大分子的特殊能力，根据这种选择结合作用建立的相应的结合测试分析方法，已经应用于基因工程等许多领域。

2.微孔滤膜的种类（1）再生纤维素膜天然纤维素经化学处理后重新成形，其化学本质仍为纤维素(多糖)。

该类膜能耐受热压灭菌的高温，也能经受各种有机溶剂的处理，但不能在水介质中使用。

在必须处理少量含水过滤液时，为防止过度膨胀，应先将膜置于滤器中用酒精抽紧再用，可减少变形。

（2）纤维素酯膜是目前使用最多的一类微孔滤膜，性能优良，成本较低。

该类膜能耐受热压灭菌，亲水性强，孔径均匀。

其中最常见的是醋酸纤维素膜，它的最大特点是不吸附蛋白质、核酸等生物分子，滤速好产品回收宰高，膜的贮藏和使用安全。

①硝酸纤维素膜可耐受各种烃类、高级醇、氯化烃(除氯甲烷以外)的处理。

在中等离子强度的条件下(如0.15mol／L)能结合单链DNA，此性质在基因工程操作中很有用。

②混合纤维素酯膜是醋酸纤维素和硝酸纤维素的混合膜，能耐受稀酸、稀碱、醚类、醇类、烃类及非极性氯代烃等，还可过滤-200℃的超低温液体，但不能在冰乙酸、乙酸乙酯及丙酮介质中操作。

该类膜能够结合DNA双链及蛋白质与DNA的复合物，此性质在基因工程操作中也发挥了重要的作用。

（3）聚四氟乙烯膜化学性质极为稳定。

可耐受强酸、强碱、强氧化剂、各种腐蚀性液体和各种有机溶剂，工作温度范围也大，为-180～250℃。

居于强憎水性膜。

（4）聚氯乙烯膜物理、化学稳定性及憎水性均不及聚四氟乙烯膜，能耐受较强的酸和碱，但不耐高温，工作温度不能超过65℃。

消毒只能使用酒精、2％—3％甲醛、0.1％硫柳汞等。

（5）超细玻璃纤维滤膜由玻璃纤维、玻璃粉经聚丙烯酸胶黏剂黏结而成，一般厚度为0.25～1.0㎜，实为深层型滤膜。

因多用于处理气体介质，有时称作“空气超净过滤纸”。

该类膜化学稳定性好，除氢氟酸及强碱外，能耐受各种化学试剂和有机溶剂，也不吸收空气中的水分，自身重量稳定性好，光学透过性亦佳，在许多有机溶剂中呈完全透明态。

超细玻璃纤维滤膜的流速比一般微孔膜大，对颗粒的截留量也比微孔滤膜大，可以阻留98%以上比额定截留值大的颗粒。

但截留分辨率不如微孔滤膜，故常与微孔滤膜配合使用，作为它的项过滤材料，以提高过滤效率并延长微孔滤膜的使用寿命。

超细玻璃纤维滤膜广泛用于净化空气中，常用于制药车间、手术室、病房、精密仪表车间、电子工业及原于能、同位素实验室的空气净化处理，也用于过滤光学测定溶液中的干扰颗粒(如圆二色谱分析及拉曼光谱分析)o在药物代谢或其它微量测定中，常用于收集细胞或沉淀，比离心法方便、可靠。

超细玻璃纤维滤膜在收集同位素标记的生物高分子样品来测定软β-射线方面也表现出相当的优越性，在核酸研究领域可代替混合纤维素酯膜进行操作。

2.2微孔滤膜的制备微孔滤膜的制造方法与其它滤膜相似：先以适当的溶剂及添加剂将膜基材料制成溶胶液，然后铺成薄膜，最终移去溶剂(相转移)形成多孔的固体滤膜。

因相转移的方法不同，可分为：（1）自然蒸发凝结法例如，纤维素能用丙酮或冰醋酸溶解，加入溶胀剂及成孔溶剂搅拌制成胶液，然后过滤去除杂质，静置或减压抽去微小气泡，在洁净的金属板、塑料板或玻璃板上铺展为薄胶层，溶剂蒸发后即成微孔滤膜。

（2）急速凝冻法制法与超滤膜相同，即将膜基材料用溶剂溶解并加入添加剂制成溶胶液，在平面支持物上展成胶膜，溶剂少量挥发后立即投入凝固液中凝冻成膜。

该法制得的微孔滤膜也是各向异性膜，上层膜面致密，孔径小，为功能层，下层为疏松的支持层。

2.3微孔滤膜的性质与检测1.孔径微孔滤膜的孔径是滤膜赖以进行选择性过滤的最重要的基础。

另一个重要指征是孔径的均一程度。

它是良好分离效果的保证。

微孔滤膜的孔径是相当均一的，如孔径为0.45μm的微孔滤膜，其孔径变化范围为0.45μm±0.02μm。

因此，常作为除菌过滤、微粒检测等的保证手段，故又称为绝对过滤介质。

但微孔滤膜的孔隙并不是整齐的毛细管，而是多层相连的不规则孔形的重达网状结构。

因此，商品滤膜常用平均孔径、公称孔径及最大孔径等指针表示孔径规格。

理论上应以最大孔径为准，但测得的最大孔径往往大于实际孔径。

因此，在适当条件下，通常可以保证所有大于标定孔径值的细菌或颗粒均被截留，甚至可截留空气中直径小于孔径1／5～1／3的尘粒。

检查膜孔径的方法较多，如气泡压力法、水流量法、液体流速法、汞压入法、电镜法、颗粒过滤法、细菌过滤法等。

这些方法大多是间接测量，易受干扰，精确性也较差，但相对来说比较方便。

现介绍几种常用的测定方法。

（1）水流量法 这是测定滤膜平均孔径的简易方法。

操作时先将滤膜以蒸馏水完全润湿，装于滤器中，下接抽气瓶。

开动真空泵，使真空度稳定于70mmHg 柱，然后加入洁净蒸馏水100ml ，准确记录抽滤100ml 水所需的时间。

计算孔径：r=K 水SGPt V 式中，r ——滤膜孔隙半径，cm ；K水——0.265；S ——膜的厚度，㎜；V ——蒸馏水体积，ml ；G ——干湿膜重量差，g ；P ——压力差，dyn ／㎝2；t ——过滤100ml 水的时间，s 。

（2）细菌过滤法 一般选用灵杆菌(0.5μm ×1～5μm ）检查孔径为0.45μm 的膜，用绿脓杆菌（0.3μm ×1～3μm ）检查孔径为0.22μm 的膜。

操作时以无菌蒸馏水和细菌悬液配制含菌数为1×106个／ml 的供试菌液，在无菌条件下分别用孔径0.45μm 及0.22μm 的滤膜过滤。

滤出液加培养基于25℃培养72h ，或35℃培养48h ，如培养液不浑浊为合格。

2.孔隙率及水萃取率微孔滤膜孔隙总体积与滤膜总体积之比为孔隙率。

微孔滤膜的孔隙率一般较高，可达80%～90%，每平方厘米的孔隙数可高达1×107个。

滤膜的孔隙率可由其干重和湿重进行计算：孔隙率ε=膜体积干重—湿重 因制造微孔滤膜时使用甘油等添加剂，故含少量可溶性成分，这些物质在使用前能够洗涤除去，可用水萃取率表示，测定时先将滤膜于105℃烘1h ，称重，然后于洁净蒸馏水中煮沸片剂，换水数次，取出烘干称重，计算水萃取率。

通常微孔滤膜的水萃取率。

通常微孔滤膜的水萃取率小于3%。

3.厚度和重量微孔滤膜的厚度范围一般为120～150μm ，可用螺旋测微器加以测量。

微孔滤膜的结构疏松，孔隙率高；所以相对密度很小，按面积计仅为5㎎／㎝2。

4.阻力和流速微孔滤膜由于厚度小、孔隙率高和膜结构的特殊性，其过滤的阻力是很小的。

滤速随孔径增大而加快，同时也受膜的结构影响。

以各向同性摸为例，除阻力较大外，过滤时还易被与其孔径大小相当的颗粒阻塞，大颗粒虽不阻塞孔隙，但能在膜的表面堆积，降低滤速，增加压力也不会使大于孔径的颗粒穿过滤膜。

一般来说，在一定范围内，压力增大滤速加快。

微孔滤膜对液体及气体过滤速度比具有相同截留能力的滤纸要大40倍以上。

液体流量是测定在25℃，700mmHg（或500mmHg）压力下，每平方厘米滤膜每分钟滤过的蒸馏水体积（ml）数，气体流量是测定20℃时每平方厘米每分钟滤过时的空气体积（L）数。

5.其它理化性质不同类型的微孔滤膜具有不同的理化性质。

大多数微孔滤膜对滤液及溶质的有效吸附量极小，生物活性物质的损失很小。

纤维素滤膜介电常数为 4.5～5，电阻率为1×1010Ω／㎝，折射率1.5。

在膜上滴加相同折光率的溴油便可在折光仪上进行测定，考察膜对物质的吸附量。

微孔滤膜的使用温度多在-20～80℃之间。

除塑料膜中的聚氯乙烯膜的温度耐受性较差外，其余类型的膜多能经受热压灭菌。

另外，膜的不可燃成分应低，膜的灼烧剩余物一般应在0.5%以下。

第三章微孔膜过滤设备3.1设备过滤设备主要由滤器及其它附件组成，其中滤器是关键设备。

它是由滤膜及其它附件构成的膜组件，如注射器式滤器、玻璃滤器、平板滤器、简式滤器及多歧管式滤器等。

构成滤器的材料有不锈钢、有机玻璃、塑料及聚四氟乙烯等。

根据用途又可分为实验用滤器及工业用滤器。

平板滤器是由输出入端、圆形垫圈、滤膜及多孔支持网等构成的。

两端借螺丝固定。

该类滤器用于生理盐水、葡萄糖注射液及营养剂等的除茵、除微粒，属工业用滤器，可处理20～100L样液。

其它工业滤器还有简式滤器等，用于大体积样品的超净，具有面积大、滤速快的优点。

注射器式滤器有丢弃式与可拆式之分。

主要用于实验室中少量样液的除菌及除尘的超净处理，也适用于医疗单位注射用。