纳米膜过滤技术在提高人血浆制品安全性方面的应用
来源：本站原创作者：代旭兰陈海陈代杰刘文芳（四川远大蜀阳药业股份有限公司，四川双流 610214）发
布时间：2009-12-2
病毒污染严重威胁血液制品的安全性，如何进一步提高制品的安全性是人们始终所关注的问题。虽然经过改进原料血浆筛选的检测方法、增加血浆检疫期、增加制品有效病毒灭活/去除步骤、提高生产技术和GMP等措施已经使制品安全性得到了很大的提高，HIV、HBV和HCV）经由现代生产工艺制得的血液制品传播的可能性已经非常小，但仍有少量的病毒，如细小病毒B19（B19）等小型病毒，通过一些凝血因子浓缩物传播的危险还没有完全消除［1—3］，新出现的病原体，如变异型克雅氏病（vCJD），也是安全性关注的焦点［4,5］。因此，血液制品的研究与生产厂家仍然要致力于不断研发增加病毒灭活/去除的新方法。
采用小孔径的膜过滤血浆蛋白溶液，是通过筛选机制截留并去除血浆中的病毒的一种方法；和常规的过滤不同，这项技术所采用的膜的平均孔径为纳米级别，且专为去除病毒而开发，所以又被称为纳米膜过滤。目前，这项技术作为病毒灭活/去除方法的一种安全补充措施，已被广泛接受并应用于生物制品的病毒去除。
1 纳米膜过滤技术及其产品类型
1.1 纳米膜过滤的原理该技术是根据根据分子筛原理，按膜孔径大小截留病毒，使目的蛋白通过滤器，大致分为错流（切向）过滤和直流（死端）过滤2种方式，其病毒去除率和蛋白透过率很大程度上都依赖膜的结构。纳米膜过滤能有效去除大于膜平均孔径的病毒，对于小于或接近平均膜孔径的病毒、病毒聚合体、潜在的病毒与抗体复合物则去除效果不甚理想，蛋白质浓度和因电荷效应产生的膜表面吸附等因素都可能影响病毒清除的程度。该技术的蛋白质回收率取决于蛋白浓度、蛋白质聚合物或高分子量组分、过滤表面积、pH和温度等因素。市售的多数纳米膜为整装的易处理囊式膜包或盒式膜包，可在过滤前后对其进行完整性测试，以确保该滤器在使用中滤除病毒的能力，这是纳米膜过滤可靠性的一个额外的保障。纳米膜过滤通常置于工艺中常规病毒去除步骤和层析纯化步骤之后，因为通过下游工艺处理后的料液的蛋白浓度降低，纯度提高，更有利于满足纳米膜过滤的要求。纳米膜过滤之前往往会先做预过滤，以去除蛋白聚合体、DNA和其它的痕量污染物［6］。有研究发现35 nm纳米膜过滤免疫球蛋白（IgG）并不能完全清除其中的HCV，即虽然纳米膜有良好的病毒去除能力，但不能作为单独的病毒灭活/去除步骤使用［7］。本着确保制品安全性的原则，生产工艺中通常采用多种不同机制的方法联用，如结合S/D、pH4、巴氏、纳米膜过滤等技术以提高病毒安全性。
1.2纳米膜过滤产品的类型见表1。旭化成公司（日本东京）于1989年推出了第1款专门为清除生物制药产品中病毒颗粒而设计的过滤器Planova ，由亲水铜铵再生纤维素制成的中空纤维微孔膜，装入聚碳酸酯壳体中。Viresolve NFP膜（Millipore）是一种复合聚偏氟乙烯膜，过滤盒被设计来从高纯蛋白溶液中移除小型病毒，如B19，蛋白质溶液中，B19的去除量通常＞4 log；Viresolve NFR膜是一种铸塑的高分子膜，专门研发用于去除在生产重组蛋白的培养基和杂交瘤细胞培养物中可能污染的80—120 nm的逆转录病毒，在血液制品生产中的应用有限，因为它对＜80 nm的脂包膜和非脂包膜血浆传播病毒无法去除。Ultipor VF（病毒过滤）DV50和DV20是美国Pall公司的亲水改性聚偏氟乙烯微孔折叠膜；Sartorius生产的Virosart CPV为聚醚砜过滤器，能去除＞4 log的PPV和＞6 log的逆转录病毒。
表1 常见的纳米膜产品类型
2 纳米膜过滤的特点
2.1针对性强，实用性广目前血液制品生产中常用的病毒灭活/去除工艺主要有巴氏灭活、S/D处理、低pH孵放、干热灭活和辛酸盐灭活，不同于这些病毒灭活/去除步骤，纳米膜过滤只与病毒和目的蛋白的大小有关，无论病毒是否有脂包膜外壳、是否耐热，纳米膜过滤都能将之去除。对于标准的分离/纯化方法（如离心法和色谱法），其工作的条件主要是为蛋白纯化服务，其病毒清除效果往往是偶然达到的［8］，若要同时保持病毒清除和避免批间污染，将耗费大量的时间，成本昂贵。相比之下，专门为去除病毒设计的纳米膜能用规模较小的模型和完整性检测进行验证，操作相对简单，便于整合到生产过程的各个步骤，而其它去除病毒的方法在这方面的潜力通常较小。
2.2毒性小，下游污染少能有效去除杀灭病毒后可能留下的如抗原和核酸蛋白混合物等病毒标志物，有效降低下游污染，是纳米膜的另一特点。大多数病毒灭活处理都使用有毒或致突变的理化试剂，从而必须在使用后从蛋白质溶液中清除，而纳米膜过滤不存在毒性问题，只是在验证中要考虑到滤器浸出物的风险。在大多数情况下，纳米膜过滤都位于在工艺过程最后，在细菌过滤和无菌灌装之前进行，因此“最小化”了传染源下游污染的风险。
2.3蛋白活性高，回收率高一些非脂包膜病毒的灭活相对脂包膜病毒需要更严苛的条件，一些病毒灭活方法也可能引起产品的大量损失或是产生新抗原，如热处理可能会损失20％或更多的蛋白质。而纳米膜过滤是在正常条件下的pH、渗透压和温度下进行的温和的生产步骤，其蛋白回收和活性都很高，通常在90%—95％。基于体外分析、实验研究和临床经验，纳米膜过滤试验都没有显示出蛋白质改变或是新抗原的产生。相比之下，有报道指出血友病患者出现抑制剂案例的增加，与使用血浆凝血因子FⅧ制品采用热病毒灭活或某些纯化步骤有关［9,10］。纳米膜过滤不改变制品特性，这一特点促进了监管机构认可和产品的注册。
2.4有效去除朊病毒目前还未发现经常接受血液制品注射的血友病患者或是接受输血
的患者患vCJD的案例［11~13］，但vCJD可能存在于血浆中和通过输注传播的可能性尤其
令人担忧［14］。由于感染该朊病毒的患者在发病前长期处于无症状状态，目前也还没有适
当的能用于原料血浆检测的方法，难以有效避免vCJD通过血液传播的风险；而且朊病毒具
有很强的抗性，已知的病毒灭活工艺很难对它进行灭活。有研究显示纳米膜过滤是一种有效
的清除朊病毒的方法，采用Planova 35 N纳米膜能去除1.61 log的朊病毒，存在去垢剂（月
甲基氨基乙酸钠）的条件下可去除4.93 log；同样条件下，采用15 N的纳米膜去除朊桂酰 N
病毒≥5.87 log，存在去垢剂时去除朊病毒≥4.21 log。使用15 nm或更小孔隙纳米膜的时候都没
有检测到任何残余的传染性物质［15］。当生产涉及使用人源或动物源性材料，或牛源性的
医药产品时，采用纳米膜过滤作为朊病毒分离步骤将会大大提高人血液制品和其它的生物制
药产品的安全性。
3 纳米膜过滤在血浆制品中的应用
近年来，纳米膜的各种规格已得到较大的完善，能进行高浓度的蛋白 病毒分离，基本上适用于所有类别的血浆制品。纳米膜过滤在生物制药产品行业的首次工业应用是用于血浆来源的FⅨ浓缩物的制备，渐渐地被应用到较大分子量的制品中。
3.1 凝血因子
3.1.1 凝血因子Ⅸ（FⅨ）FⅨ相对分子量较低（57 kD），是纳米膜过滤工艺成功应用的第1个制品。病毒验证表明：纳米膜过滤可以去除HIV、牛病毒性腹泻病毒（BVDV）、猪伪狂犬病病毒（PPRV）、呼肠孤病毒3型（RT3）和猴病毒40（SV40），去除病毒量从＞5.7 log到＞7.8 log不等［16］。体外数据显示纳米膜过滤处理后制品性质没有变化，FⅨ活性也未出现改变。在标志物的体外活化试验中，兔Wessler模型血栓试验和低血压大鼠模型未发现任何纳米膜过滤步骤的影响。乙型血友病患者的临床研究数据表明，经过纳米膜过滤的制品具有正常的半衰期和回收，没有血栓产生［17,18］。通过金属螯合层析和S/D病毒灭活制备的高纯FⅨ浓缩物通过Planova 15 N过滤，许多脂包膜病毒，如单纯疱疹病毒 1（HSV 1）、辛德毕斯病毒（Sindbis），都能去除病毒＞7 log；对于非脂包膜病毒，如牛细小病毒（BPV）和HAV被去除＞6 log，脊髓灰质炎病毒可去除＞5.6 log，脑心肌炎病毒为5.7 log；临床前和临床试验没有发现可探测到包括血栓在内的影响［19］。串联Planova 35 N和15 N进行纳米膜过滤制备高纯FⅨ制品［20］，其中HAV减少6.7 log，BVDV减少5.8 log［20］。Shackel
等［21］采用Planova 15 N过滤FⅨ中间品，B19减少6—7 log，Planova 35 N过滤去除B19＜1 log。
由于回收率高，相对易于使用和临床没有副作用，小孔径纳米滤器过滤技术因此广泛应在F
Ⅸ浓缩物的生产中。
3.1.2凝血酶原复合物（PCC）由于PCC具有高蛋白含量，并含有多种凝血因子（分子量介于55—72 kD）和高分子量蛋白质，如高分子激肽原（110 kD），因此很难达到纳米膜过滤的要求。第1个应用纳米膜过滤技术的PCC制品经过巴氏灭活后采用了Planova 35 N过滤，去除大型脂包膜病毒（HSV 1、HIV 1）＞7 log，去除中型脂包膜病毒（HBV、BVDV）约4 log，而脊髓灰质炎病毒没有截留；该制品特性没有受到纳米膜过滤步骤的影响，也未出现血栓增加状况［22］。经过S/D灭活和纳米膜过滤的PCC制品在体外或动物模型和临床使用中都没有出现血栓的证据［23］；以串联的Planova 15 N滤器进行纳米膜过滤能增强去除病毒能力，研究数据表明能清除＞5.9 log的犬细小病毒［24］。
3.1.3凝血因子Ⅷ(FⅧ) 自1990年代初以来，大多数凝血FⅧ浓缩物引入层析法进行纯化，去除了可能在甲型血友病患者体内引起免疫抑制的外源血浆蛋白，减少了蛋白质含量，使F Ⅷ的纯度提高了100—1 000倍，加速了如磷酸正丁酯（TNBP）、Tween 80或Triton X 100等病毒灭活试剂的去除，因此尽管FⅧ的分子量相对较大（330 kD），仍然实现了纳米膜过滤。Planova 35 N过滤的FⅧ的体外特性稳定，与非纳米膜过滤的制品相似，病毒性验证的数据显
示能如预期般有效去除大中型病毒，但是对于小型非脂包膜病毒，如EMC、HAV和B19的去除率并不好。然而，当常规引入纳米膜过滤时，最后的FⅧ浓缩物中的B19 DNA含量明显降低，这显示35 N过滤有助于去除一些病毒［25］。Chtourou等［26］用串联的Planova 35 N 和15 N进行纳米膜过滤，病毒验证的数据表明双过滤步骤中BVDV、HIV、HAV和PPV的病
毒去除分别为＞4.06、＞3.77、＞3.72及＞6.08 log。体外分析表明，FⅧ在纳米膜过滤过程中并不会被激活或降解；在凝血酶存在的情况下，激活因子Ⅹ（FⅩ）的产生，与磷脂结合、蛋白质水解的动力学都与未经过纳米膜过滤的制品相似，兔免疫原性试验没有显示出有新抗原的产生。使用该制品的甲型血友病患者的药代动力学特征与使用未经纳米膜过滤制品患者的相同；使用该制品的94%的出血事件和所有的外科手术，临床疗效被评为优秀或良好；没有观察到有抗 FⅧ的抑制剂出现，也没有病毒血清转化，特别是B19病毒［27］。尽管如此，人们还是怀疑Planova 15 N可能会引起FⅧ的大量损失。采用Planova 20 N或任何其它小孔径滤膜，如DV20，可能会提供病毒清除性能和蛋白质的回收的折中效果。考虑到潜在的高滴
度的B19的捐赠血浆，结合NAT血浆筛选和生产工艺中的纳米膜过滤的优点，可确保适当
的制品安全性而不减少FⅧ的供应。
3.1.4其它凝血因子Burnouf Radosevich等［28］采用层析工艺制备高纯的因子Ⅺ（FⅪ）（160 kD），首先使用S/D进行病毒灭活，再进行Planova 15 N终端过滤，可有效去除脂包膜病毒和非脂包膜病毒。采用阴离子交换和亲和层析生产的高纯von Willebrand因子（vWF），其蛋白浓度的降低和纯度的提高使vWF溶液采用35 nm膜进行过滤成为可能；除了纳米膜过滤外，该制品还进行了干热80℃72h的病毒灭活，临床研究显示这种制品的生物等效性与
非纳米膜过滤的制品相同［29］。
3.2免疫球蛋白（IgG）IgG浓缩物（160 kD）一般被认为是安全的制品，所有的静脉注射IgG（IVIG）制品制备都必须通过如pH4孵化、S/D或巴氏等方法进行病毒灭活。纳米膜过滤在IgG制品中的应用越来越多，以进一步提高IgG制品的病毒安全性。采用35 nm膜对于脂包膜病毒和部分非脂包膜病毒有良好的去除效果，15 nm纳米膜过滤也被报道能一致消除非脂包膜病毒，对IgG分子特性和抗体集合活性并无有害影响。纳米膜过滤去除非脂包膜病毒和脂包膜病毒的效果已得到了确认；IVIG溶液首先经过75 nm滤器的预过滤，然后通过35 nm过滤器，在进行预过滤后的Planova 35 N，对所有＞35 nm的病毒都能完全清除（通常＞5.4 log），如Sindbis、BVDV、SV40和猫杯状病毒，＞35 nm的EMC和HAV也被去除，其去除效果分别为
4.3 log和＞4.7 log，PPV只能达到2.6 log［30］。纳米膜过滤这个步骤对于各种大量的IgG采用的不同的膜进行处理都表现出坚固性：IgG没有重大损失，各IgG亚类的比例维持，抗体活性保存（包括Fc功能）。也有纳米膜过滤成功应用于超免疫抗 D IgG的制备的报道，层析纯化制备使料液的蛋白浓度低，在22℃进行Planova 35 N纳米膜过滤，IgG亚类的
分布情况没有改变，没有证据证明有新抗原存在，彻底清除脂包膜病毒（BVDV＞7.30 log、
伪狂犬病毒＞6.77 log、HIV＞6.02 log）和牛细小病毒（＞4.97 log）；不完全去除其它非脂包
膜病毒［4.3 log（脊髓灰质炎病毒）、4.14 log（猪细小病毒）以及3.2 log（泰勒小鼠脑脊髓
炎病毒，TMEV）］［31］。Hongo Hirasaki等［32］利用Planova 20N过滤IgG溶液，去除PPV ＞4 log。
3．3其它制品已有纳米膜过滤应用于制备C1 抑制剂（104 kD）浓缩物的报道。Planova 15 N进行纳米膜过滤的病毒清除能力为HAV＞8.6 log，猪细小病毒（PPV）＞5.8 log［33］。从
组分Ⅳ中通过两步离子交换层析纯化的转铁蛋白（80 kD）制品，通过0.1 μm的膜做预过滤，然后通过Planova 15 N进行过滤。加入人B19阳性血清的试验显示通过聚合酶链反应检测去
除＞4.5 log。von Bonsdorff［34］等的实验数据显示，15 nm纳米膜过滤去除HIV＞7.7 log、BVDV ＞6.8 log、PRV＞7.8 log、EMC＞5.8 log和PPV＞5.0 log，其最终制品被证明具有安全性，在用于铁结合治疗临床实验中具有良好的耐受性。
4 结语
作为一种强有力的病毒去除方法，纳米膜过滤已经被证明不会引起蛋白的改变，而且根
据膜截留量和蛋白分子量大小选择适当孔径的纳米膜进行过滤，蛋白质回收率非常好。至今，纳米膜结合其它已经得到认可的病毒灭活方法的使用，为制备更安全的血液制品做出了巨大的贡献；纳米膜在消除血液制品的朊病毒威胁方面也将会做出更大的贡献。可以预见，血浆和血液制品的纳米膜过滤将逐渐成为一种常规的、被广泛接受的生产规范。
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蔡辉
2009 06 0706 21
实验二 超过滤膜分离 一、实验目的 1.了解和熟悉超过滤膜分离的工艺过程； 2.了解膜分离技术的特点； 二、分离机理 根据溶解-扩散模型，膜的选择透过性是由于不同组分在膜中的溶解度和扩散系数不同而造成的。若假设组分在膜中的扩散服从Fick 定律，则可推出透水速率F W 及溶质通过速率F S 方程。 1、 透水速率 '() ()w w M w D c V p F A p RT ππδ ?-?= =?-? 式中 22332/;;//;;;/w w w M w w M F g cm s D cm s c g cm V cm mol p atm atm R T K cm D c V A g cm s at RT πδδ-?-?--?-?-----??’透水速率，水在膜中的扩散系数，水在膜中的浓度，；水的偏摩尔体积，膜两侧的压力差，膜两侧的渗透压差，气体常数；温度，； 膜的有效厚度，； 膜的水渗透系数（= ），。 2、溶质透过速率 2323() ()s s s s s D K c D K c c F B c B c c δ δ ?-= = =?=- 式中 2/;s s D cm s K B c ---?-溶质在膜中的扩散系数，溶质在溶液和膜两相中的分配系数； 溶质渗透系数；膜两侧的浓度差。 有了上述方程，下面建立中空纤维在定态时的宏观方程。料液在管中流动情况如图十三
所示。 取假设条件： （1）径向混合均匀； （2）A BX π=A ，渗透压正比于摩尔分数； （3）A B N N ，3 1A X ，B 组分优先通过； （4）/AM D K δ?，1A X K 同或无关； （5）0U L PeB E = =∞，忽略轴向混合扩散。 图十三 料液在管中流动示意图 由假设看出，其实质是一维问题，只是侧壁有液体流出的情况，因为关心的是管中组分的浓度分布和平均速度分布，只需做出两个质量衡算方程即可求解。 由连续性方程： 和总流率方程：
正渗透膜分离技术 研究背景 随着世界人口数量的迅速增长和矿物燃料的急剧消耗，水资源和能源已成为地球上两种至关重要的资源。水资源匮乏和能源危机困扰着全球许多不同的团体。据报导，世界上至少十二亿的人缺乏洁净安全的饮用水，有二十六亿的人缺少足够多的环境卫生设备。 膜技术是近几十年迅速发展起来的高效分离技术，因其节能、高效、经济、简单方便、无二次污染等一系列优点，在水处理中已被广泛地用于苦咸水淡化、海水淡化、工业给水处理、纯水及超纯水制备、废水处理、污水回用等。作为一种低能耗、低污染的绿色技术，新型的膜分离技术，正渗透（Forward osmosis，FO），在供水和产能方面拥有着巨大的潜能，甚至在食品加工行业、医药行业也有很好的应用前景，正逐渐成为人们关注和研究的热点。 膜分离技术 作为一种广泛应用的分离技术，膜处理的分离原理主要是在常温下使溶质和溶剂通过半渗透膜，达到分离、浓缩和纯化的目的，在这个过程中，驱动力一般为压力驱动或电位驱动。该技术的特点有以下几个方面： （1）膜分离过程在常温下进行分离。 （2）膜分离过程无相变化。 （3）膜分离技术的适用范围较广。 （4）膜分离效率高，分离效果好。 （5）膜分离技术采用装置简单，操作方便。 通常来说，膜分离技术，能够对不同的微粒、分子、离子进行有效的分离，膜材料亦丰富为醋酸纤维素(CA)、聚丙烯腈(PAN)、聚酰胺(PA)、聚砜(PS)、聚丙烯(PP)、聚偏氟乙烯(PVDF)、陶瓷膜等。 常见水处理膜分离技术主要有以下几类： （1）微滤(MF)：由0.01～0.2 MPa的外加压力作为驱动力。膜的微孔直径处于微米范围，可截留粒径为0.1～10μm的悬浮物颗粒、纤维等。 （2）超滤(UF)：超滤以0.1～1.0 MPa左右的压力差为推动力。分离膜的孔径在 0.0015～0.02μm之间。 （3）反渗透(RO)：以1～70MPa左右的压力差为推动力。 （4）纳滤(NF)：由0.5～1.5MPa的外加压力作为驱动力。 正渗透 在正渗透中，用于分离的驱动力主要为FO膜两侧的汲取液和原料液之间的渗透压差，使水从原料液（较低渗透压）一侧自发传递到汲取液（较高渗透压）。不同于传统的靠压力驱动的膜分离技术，比如微滤、超滤、纳滤与反渗透等，正渗透由于运行的原理不同，因此有着独有的优势，例如施加较低或不施加压力，导致更低的能耗，降低运行成本；正渗透的分离能力强，对污染物有着较高的截留率；正渗透污染几乎为可逆污染，因而清洗效率高；正渗透的膜装置组成简单，操作容易等。在众多领域内，正渗透近几十年来均有着广泛的应用，特别的，在一些重要领域如海
生堡亟随匿堂盘壶！Ｑ塑生！月筮塑鲞星！翅￡！！！』堕！丛型：＆坠磐盟！Ｑ塑：！些塑，盟些兰 纳米材料的毒理学和生物安全性研究进展 刘建军何浩伟龚春梅庄志雄 纳米材料是指物质结构在三维空间内至少有一维处于 纳米尺度…（０．１—１００ｌｌｍ，１ａｍ＝１０一ｍ），或由纳米单元构 成的材料，被誉为“２１世纪的新材料”，这一概念首先是由美 国国家纳米计划（ＮＮＩ）提出来的。这些具有独特物理化学 性质的纳米材料，对人体健康以及环境将带来的潜在影响， 目前已经引起公众、科学界以及政府部门的广泛关注。随着 纳米技术的完善和应用规模的扩大，纳米材料将被迅速普及 和广泛应用旧ｏ。 据报道，目前世界范围内市场上有超过４００种消费品建 立在纳米材料的基础之上ｐ１，预计到２０１４年全球市场的纳 米科技产品价值将达２．６兆亿美元ＭＪ。为了了解应用于这 些产品中的纳米材料的潜在影响，就要熟悉和掌握其潜在暴 露风险、材料性质、产品生命周期及其在每一点性质和周期 上的潜在危险”Ｊ。自２０００以来，国内外对于纳米材料的生 物安全性和毒理学问题展开了日益深入的讨论和研究净“。 一、纳米材料的特殊效应和应用 纳米材料具有传统材料所不具备的奇异或反常的物理、 化学特性”］，如原本导电的铜到某一纳米级界限就不导电， 原来绝缘的二氧化硅、晶体等，在某一纳米级界限时开始导 电。这是由于纳米材料特有的４大特殊效应所致¨１：即小尺 寸效应（８ｍａＬｌｓｉｚｅｅｆｆｅｃｔ）、表面效应（￥ｕｒｆａｃｅｅｆｆｅｃｔ）、量子尺 寸效应（ｑｕａｎｔｕｍｓｉｚｅｅｆｆｅｃｔ）和量子隧道效应（ｑｕａｎｔｕｍ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ）；上述效应可导致纳米材料具有异常的吸附 能力、化学反应能力、分散与团聚能力，上述特性在赋予纳米 材料广泛应用的同时也带来一系列的负面效应。这些已被 证实，以及有待被证实的负面效应给当前迅猛发展的纳米科 技带来了一定的隐患。现将纳米材料理化特性涉及的应用 研究领域归纳如表１［９－１０３。 二、纳米材料的毒理学研究现状 Ｄｏｎａｌｄｓｏｎ等０１１］２００４年首先提出了“纳米毒理学” （ｎａｏｎｏｔｏｘｉｃｏｌｏｇｙ）这一概念，次年Ｏｂｅｒｄ／Ｓｒｓｔｅｒ等¨２１发表文章 支持这一概念并称之为“从超细颗粒物的研究中演变而来 的新学科”。自从Ｄｏｎａｌｄｓｏｎ等发表论文之后，纳米毒理学 的发展步人了新轨道，在世界范围内召开的关于纳米材料毒 理学的会议越来越多，在各大学术网站上搜索到相关文章也 逐年增多。 ＤＯＩ：１０．３７６０／ｃｒａａ．ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－９６２４．２００９．０２．０１６ 基金项目：深圳市科技计划（２００７０２１５９） 作者单位：５１８０２０深圳市疾病预防控制中心毒理研究室 通信作者：庄志雄，Ｅｎｕ６１：ｊｕｎｉｉ８＠１２６．咖 ?１５９?．综述． 表１纳米材料理化特性涉及的应用研究领域‘９‘１０］研究应用领域材料和应用举例 电子学 磁学 光学 生物医药能源化工环保化工建筑、机械电极（纳米碳管）、超导体、导电及绝缘浆料、量子器件、量子计算机等 纳米磁性材料、磁靶向制剂、固定化酶、生物分离提纯、磁记录、纳米微品软磁材料等化妆品（ＴｉＯ：）、隐身材料、发光材料、光通讯、光储存、光电脑等 纳米，Ｅ物医用材料（纳米羟基磷灰石）、生物薄膜、药物载体、蕈冈传送载体、药物输送、控释系统、纳米牛物传感器等 纳米催化、储能（碳纳米管储氢）、蓄热及能源转换、保温节能（纳米Ｓｉ０２）等 抗生素材料（纳米Ａｇ，Ｔｉ０２）、功能涂料（纳米Ｚｎ０２，Ｆｅ２０３）有害气体治理、废水处理、阻声降噪等 超硬、高强、岛韧、超塑性材料等 已有研究表明，纳米材料经吸人、皮肤、消化道及注射等 途径与机体接触后能迅速进入体内，并容易通过血脑、睾丸、 胚胎等生物屏障分布到全身各组织。纳米颗粒往往比相同 剂量、相同组分的微米级颗粒物更容易导致肺部炎症和氧化 损伤。现有的细胞水平、动物实验和一些零星的人群研究结 果显示，人造纳米材料可以引起氧化应激、炎症反应、ＤＮＡ 损伤、细胞凋亡、细胞周期改变、基因表达异常，蛋白质差异 表达，并可引起肺、心血管系统及其他组织器官的损害。我 们从纳米毒理学研究的不同层次分类阐述纳米材料毒理学 研究的概况，并对研究较多的材料（纳米碳管、ＴｉＯ：等）举例 说明。 （一）纳米材料毒理学分子水平的研究 基因组学、后基因组学、毒物基因组学和蛋白质组学的 研究，都属于分子水平的范畴。迄今为止，国内外对纳米材 料毒性研究，主要还是采用形态学和酶活性等细胞毒性检测 和整体动物水平实验的方法，从分子水平进行机制方面的研 究并不普遍，目前已见纳米碳材料的蛋白质组学研究。 Ｗｉｔｚｍａｎｎ和Ｍｏｎｔｅｉｒｏ－Ｒｉｖｉｅｒｅ¨纠研究了多壁纳米碳管 （ＭＷＮＣＴ）对角质化细胞蛋白质组表达的影响。用０．４ｍｓ／ ｌＴｌｌ的ＭＷＮＣＴ处理角质化表皮细胞（ＨＥＫ）２４和４８ｈ，抽提 蛋白进行双向电泳，并检测ＩＬ－１Ｂ、ＩＬ－６、ＩＬ－８、ＩＬ－１０和ＴＮＦ．ａ 等细胞因子的变化。通过ＰＤＱｕｅｓＯＤ软件分析发现有 １５２个蛋白发生了显著的差异表达，细胞炎性因子ＩＬ－８浓度 在ＭＷＮＣＴ处理ＨＥＫ细胞２４和４８ｈ后显著增加，ＩＬ．１Ｂ在 ４８ｈ时间点浓度显著上升，ＩＬ－６浓度则有所降低，ＴＮＦ－ａ的 浓度变得极低（＜０．０１ｐｇ／ｍ１）。这螳细胞因子的变化说明 ＨＥＫ暴露于ＭＷＮＣＴ后产生了炎症反应，而蛋白的差异表 达则说明纳米碳材料本身具有损伤性，对ＨＥＫ细胞蛋白质万方数据
纳米材料的生物安全性 随着纳米技术的飞速发展，各种纳米材料大量涌现，其优良特性及新奇功能使其具有广泛的应用前景，人们接触纳米材料的机会也随之迅速增多。然而，现有的环境与职业卫生接触标准及安全性评价标准及方法能否直接适用于纳米材料还未能确定，纳米材料生物安全性评价体系的建立还处在探索阶段。 由于纳米材料种类繁多，理化性质各不相同，即使同一种纳米材料不同粒径也会出现不同的生物效应。因此，对每年不断涌现的新型纳米材料进行生物安全性评价就显得尤为紧迫和必要，对合适的研究模型和高通量筛选的方法以及系统的人群流行病学调查将成为纳米材料生物安全性评价体系建立的下一步研究重点。 纳米技术已迅速成为全世界关注的热点前沿科技领域,它能使人们能够在原子、分子水平上制造材料和器件。纳米技术与信息、环境、能源、生物、空间等高新技术相结合将形成以纳米技术为主旋律的纳米产业及产业链,成为21世纪新的经济增长点。但由于其独特的理化性质,且不能用常规的方法和手段进行检测,可能会对人体及生态环境造成污染,从而危及人类健康。同时,纳米材料的生物安全性研究还牵涉到环境保护、社会安全、伦理道德等许多方面。因此,科学家们逐渐认识和重视纳米材料可能带来的生物安全性方面的影响以及相关研究。纳米材料生物安全性研究产生背景纳米级颗粒本身和由它构成的纳米固体主要具有4个方面的效应,即小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应,当人们将物体细分成超微颗粒( 纳米级) 后, 它将显示出许多奇异的特性，即它的光学、热学、磁学、力学以及化学方面的性质与大块固体时相比将会有显著的不同。 一、纳米材料的应用现状 1.在工业生产方面的应用 纳米材料的应用在工业生产中显示了独特的魅力。一些纳米材料如纳米二氧化硅用作橡胶、塑料、有机玻璃等材料的填充剂，可以改善材料的强度、韧性等
正渗透技术处理水和废水 1 引言 膜分离技术由于出水水质高、设备简单易操作、能耗相对较低、适应性强等特点，在水处理领域获得越来越多的关注.目前应用于水处理领域的几种膜分离技术.其中微滤(microfiltration，MF)、超滤(ultrafiltration，UF)、纳滤(nanofiltration，NF)和反渗透(reverse osmosis，RO)由机械压力驱动传质过程，是水和废水处理的常规技术.其他膜技术，如温度差驱动的膜蒸馏技术(membrane distillation，MD)，电场驱动的电渗析技术(electro-dialysis，ED)，一些由化学反应驱动的膜吸收技术(membrane absorption，MA)等也成为水处理领域的新型技术.正渗透(forward osmosis，FO)是一种由渗透压(浓度差)驱动的新型膜技术.可用于海水脱盐、废水处理等方面. FO膜是一种渗透膜.名义孔径在1 nm以下，用于截留溶解性离子和盐类等物质，与RO 相当.但与RO相比，FO无需外加机械压力，具有低压操作、低膜污染、高截留的优点，近年来在水处理领域受到较多关注. 2 FO原理(Basic principle of FO) FO膜是一种选择性渗透膜，膜的一侧是低渗透压的待处理水，另一侧是高渗透压的汲取液，水分子透过FO膜从低渗透压侧扩散到高渗透压侧，从而实现水与杂质的分离(图 1).该过程的驱动力是膜两侧溶液的渗透压差，不需外界提供压力. 图 1 FO工艺的原理示意图 2.1 FO应用与运行效果 2.1.1 海水(浓盐水)脱盐 FO已被用于含盐废水、含盐地下水、盐湖水和海水的脱盐.大多数为实验室规模的小试研究，汲取液采用难挥发性(NaCl，Na2SO4，MgSO4等)或挥发性(NH3/CO2和NH4HCO3)盐溶液.其中Zhao等进行的盐湖水脱盐，回收率达到70%.McGinnis等采用中试规模的FO处理高盐水(TDS>70，000 ppm)，回收率达到60%，与蒸发浓缩技术相当，出水水质达标(美国宾州
纳米材料的生物安全性研究 田蜜 （湖北的二师范学院化学与生命科学学院，武汉，430205） 摘要 综述了包括富勒烯(C60)、氧化铁、氧化铝、氧化锌、二氧化钛、二氧化硅等在内的多种典型的碳基纳米材料、金属及其氧化物纳米材料和半导体(绝缘体)纳米材料的生物安全性研究进展。 关键词：纳米材料；纳米生物安全；纳米毒理学：毒性 Abstract Including of fullerenes (C60) are reviewed in this paper, ferric oxide, aluminum oxide, zinc oxide, titanium dioxide, silica, such as a variety of typical carbon nano material and semiconductor, metal and oxide nanomaterials (insulator) biological safety of nanomaterials were reviewed. Key words: nano materials; Nano biological safety; Nanotoxicology: toxicity 引言 纳米粒子尺寸小、比表面积大、表面态丰富、化学活性高，具有许多块体及通粉末所没有的特殊性质，许多在普通条件没有生物毒性的物质，在纳米尺寸下却表现出很强的生物毒性[1]。与此同时，纳米材料可能产生的负面效应特别是对环境和健康的潜在影响，也引起了人们的关注。2003 年4 月，Science 首先发表文章讨论纳米材料可能产生的生物安全性问题[2]。随后，许多学者相继开展了纳米材料的毒理学研究。本文将一些学者的研究进行了综合，希望对各位有所帮助。 一、纳米安全性问题的提出 纳米科技预计也将给人类生活带来巨大的变化，因而成为发展最快的研究和技术开发领域之人们在逐渐认识纳米科学技术的优点和其潜在的巨大市场的同时，一个新的科学问题及社会问题—一纳米效应与安全性，引起人们广泛关注。首先，2003年的美国化学会年会上报告了纳米颗粒对生物可能的危害。2003年4月Science[2]引、7月Nature[3]相继发表编者文章，开始讨论纳米尺度物质的生物效应以及对环境和健康的影响问题。
正渗透的应用和技术优势 姓名：班级：学号： 16121229 指导教师：于海琴 正渗透的应用和技术优势 摘要：作为一种新型膜处理技术，正渗透技术自20世纪50年代建立以来，在环保、能源、海水淡化等领域受到越来越广泛的关注;其经历了从实验室研究，中试实验，到少量的商业化应用，技术日臻完善。正渗透技术是利用自然渗透压差为驱动力的一种净水技术，为水资源和环境问题提供了低能耗、高效率的解决方法。该文介绍了正渗透的技术优势，以及正渗透在海水淡化、废水处理、污水回用、能源开发以及食品加工等领域的应用。 关键词：正渗透、技术优势、海水淡化、废水处理 I 1.引言
正渗透（Forward osmosis, FO）是近年来发展起来的一种浓度驱动的新型膜分离技术，它是依靠选择性渗透膜两侧的渗透压差为驱动力自发实现水传递的膜分离过程，是目前世界膜分离领域研究的热点之一。 1.1正渗透技术的原理和技术特点 1.1.1正渗透技术的原理 正渗透是浓度驱动型的膜过程，它依靠选择性渗透膜两侧的渗透压差为驱动力来自发的实现水在膜中的传递。也就是指水从较高的水化学势（或较低渗透压）一侧区域通过选择透过性膜流向较低水化学势（或较高渗透压）一侧区域的过程。在具有选择透过性膜的两侧分别放置两种具有不同渗透压的溶液，一种为具有较低渗透压的原料液(feed solution，FS)，另一种为具有较高渗透压的汲取液(draw solution，DS)。正渗透正是依靠正渗透膜两侧的汲取液(draw solution，DS)和原料液(feed solution，FS)间的自然渗透压差，使水分子自发地从低渗透压侧(FS侧)传输到高渗透压侧(DS侧)而污染物被截留的膜分离过程，具体如图1所示。 图1.正渗透过程示意图 不同于传统膜分离过程，正渗透利用低水化学势的DS从高水化学势的FS吸取纯水，无需投入额外的驱动压力，因而其能耗低[1]。 1.1.2正渗透技术的技术特点 正渗透不同于压力驱动膜分离过程，它不需要额外的水力压力作为驱动力，而依靠汲取液与原料液的渗透压差自发实现膜分离。这一过程的实现需要几个必要条件：（1）可允许水通过而截留其他溶质分子或离子的选择性渗透膜及膜组件；（2）提供驱动力的汲取液；（3）对稀释后的汲取液再浓缩途径[2]。 早期关于正渗透过程研究均采用反渗透复合膜，发现膜通量普遍较低，主要原因是复合膜材料的多孔支撑层产生了内浓差极化现象，大大降低了渗透过程的效率。20 世纪90 年代，Osmotek 公司（Hydration Technologies Inc.(HTI)公司前身）开发了一种支撑型高强度正渗透膜，已被应用于多种领域，是目前最好的商
过滤用纳米纤维膜的研究进展 郑伟剑(11材料科学与工程1,2011327120123) 摘要：近年来聚合物纳米纤维膜因具有比表面积大、密度低、孔隙率高、孔间结合性良好、易与纳米尺寸的活性物质结合等系列优异性能而受到越来越多的关注。本文回顾了纤维过滤材料的发展历史，介绍静电纺纳米纤维过滤材料的研究发展，分别简述静电纺纳米纤维过滤膜在气体和液体过滤方面的应用。 关键词：纳米纤维膜，静电纺丝，过滤材料 1 前言 在人类生活生产过程中，如制造，生物，医药，电子等行业，必定产生气载污染物、有害生物制剂、过敏原、气溶胶颗粒等。环境保护一直是现代人的热门议题，近年来，由于纳米科学技术的巨大进展，特别是纳米技术与环境保护、环境治理的进一步有机结合，使得作为其基础和先导的纳米材料极大的提升了人类保护环境的能力，为解决环保领域的难题如有害物质监控、污水处理、水体浮油处理等提供了可能。其中静电纺纳米纤维材料不仅具有可控的多级粗糙结构、堆积密度、纤维直径、比表面积、连通性等结构特性，还具有独特的表/界面效应和介质输运性质，在超精细过滤、有害物质检测、污染物吸附等环境领域有着广阔的应用前景。 2 纤维过滤材料的发展历史 早在第一次世界大战期间，就出现了以石棉纤维为滤料的防毒气面具。1940年，美国制备出玻璃纤维过滤材料，并发明了专利。20世纪50～70年代，纤维过滤材料得到了飞速发展，出现了以玻璃纤维为滤材的高效空气过滤器（HEPA），并应用于房间的空气净化。为了进一步提高过滤性能，又采用超细玻璃纤维制备出的高效过滤器，对大于等于0.3μｍ的微粒的过滤效率达到99.9998％。随后日本又开发出一种超高效过滤器（ULPA），对0.1μｍ的微粒，其过滤效率可以高达99.9995％以上。随着电子、航天、精密仪器等对室内空气洁净度要求极高的新型行业的出现和发展，微米级纤维过滤材料已经达不到过滤精度的要求，在过滤材
纳米材料安全性的研究进展 摘要人们对纳米材料的关注推动了纳米科学和技术的快速发展。随着纳米材料和纳米技术的迅速发展和广泛应用, 人们接触不同种类的纳米材料的机会大大增加. 有超过500种消费品宣称采用了纳米技术,每年市场需求成吨的纳米原材料,包括纳米金属、纳米氧化物和碳纳米管,对纳米医药产品的需求每年以17%速度在增长,到2011 年市场规模估计有530亿美元,其中药物市场最大,在2014年可达到180亿美元。目前至少有12种纳米药物已获得批准。在生产和使用过程中,纳米材料通过多种途径释放到环境、生态系统、水源和食品供应中,并进入人体。纳米材料与人体接触会不会引起不良的后果? 纳米材料对环境是否有危害? 当纳米材料和纳米技术与人类的关系越来越紧密的时候, 其引起的伦理学、社会和法律问题也越来越引起人们的关注. 本文就纳米安全性研究, 结合国内外各研究机构的实验结果和流行病学调查资料, 从纳米材料本身的安全性、纳米材料的生物效应、纳米材料毒性的体外评价3个方面, 简要阐述如何正确认识纳米材料和纳米技术的安全性. 关键词纳米材料安全性毒性生物效应 物质到纳米尺度(0.1~100 nm, 1 nm= 10?9 m)后会出现特殊性能, 这种既不同于原来组成的原子、分子,也不同于宏观物质的材料即为纳米材料. 纳米材料尺寸小, 可轻易进入到生物体内, 这就为构建药物运输系统或者肿瘤的治疗提供了巨大的优势. 但是, 纳米材料作用于人体会不会引起不良的后果? 纳米材料对环境是否有危害? 当纳米材料和纳米技术与人类的关系越来越紧密的时候, 其引起的伦理学、社会和法律问题也越来越引起人们的注意. 随着社会学家对这些问题的理论阐述日益完善, 公众对纳米技术的理解也越来越深入[1]. 本文就 纳米材料和纳米技术安全性研究的发展做一初步的总结与探讨. 1 纳米材料本身的安全性 纳米材料的尺寸大小、化学组成、表面结构、溶解性、形状以及聚集状态等均可以影响其生物学效应. 同时, 纳米材料的暴露途径也是一个重要的影响因素. 这些参数会影响其细胞内吞、细胞内的转运和定位、与蛋白的结合、体内的迁移和蓄积, 从而可能会引起特定的生物学反应. 迄今为止, 许多实验组对多种纳米材料的安全性进行了研究. 但是目前得到的实验结果并不相同甚至相互
题目：膜分离技术读书报告日期2015年11月20日
目录 一、膜的种类特点及分离原理 (1) 二、最新膜分离技术进展 (3) 1. 静电纺丝纳米纤维在膜分离中的应用 (3) 1.1 静电纺丝技术的历史发展 (3) 1.2 静电纺丝纳米纤维制备新型结构复合膜 (3) 1.2.1 在超滤方面 (4) 1.2.2 在纳滤方面 (4) 1.2.3 在渗透方面 (5) 1.2.4 静电纺丝纳米纤维制备空气过滤膜 (5) 2. 多孔陶瓷膜应用技术 (6) 2.1 高渗透选择性陶瓷膜制备技术 (7) 2.1.1 溶胶—凝胶技术 (7) 2.1.2 修饰技术 (7)
一、膜的种类特点及分离原理 膜分离技术（membrane separation technology, MST）是天然或人工合成的高分子薄膜以压力差、浓度差、电位差和温度差等外界能量位差为推动力，对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法。常用的膜分离方法主要有微滤（micro-filtration, MF）、超滤（ultra-filtration，UF）、纳滤（nano-filtration，NF）、反渗透（reverse-osmosis, RO）和电渗析（eletro-dialysis, ED）等。MST具有节能、高效、简单、造价较低、易于操作等特点、可代替传统的如精馏、蒸发、萃取、结晶等分离，可以说是对传统分离方法的一次革命，被公认为20世纪末至21世纪中期最有发展前景的高新技术之一，也是当代国际上公认的最具效益技术之一。 分离膜的根本原理在于膜具有选择透过性，按照分离过程中的推动力和所用膜的孔径不同，可分为20世纪30年代的MF、20世纪40年代的渗析（Dialysis, D）、20世纪50年代的ED、20世纪60年代的RO、20世纪70年代的UF、20世 纪80年代的气体分离 （gas-separation, GS）、20世纪90 年代的PV和乳化液膜（emulsion liquid membrane, ELM）等。 制备膜元件的材料通常是有 机高分子材料或陶瓷材料，膜材料中的孔隙结构为物质透过分离膜而发生选择性分离提供了前提，膜孔径决定了混合体系中相应粒径大小的物质能否透过分离膜。图1是MF、UF、NF、RO的工作示意图。MF的推动力是膜两端的压力差，主要用来去除物料中的大分子颗粒、细菌和悬浮物等；UF的推动力也是膜两端的压力差，主要用来处理不同相对分子质量或者不同形状的大分子物质，应用较多的领域有蛋白质或多肽溶液浓缩、抗生素发酵液脱色、酶制剂纯化、病毒或多聚糖的浓缩或分离等；NF自身一般会带有一定的电荷，它对二价离子特别是二价阴离子的截留率可达９９％，在水净化方面应用较多，同时可以透析被RO膜截留的无机盐；RO是一种非对称膜，利用对溶液施加一定的压力来克服溶剂的渗透压，使溶剂通过反向从溶液
水处理中正渗透膜分离技术的应用 摘要：渗透（osmosis）是一种仅依靠渗透压驱动的分离过程,基于渗透现象发展起来的正渗透膜分离技术,目前该技术在国际都得到了广泛的应用。本文章综述了水处理中正渗透膜分离技术应用过程的基本原理、应用现状以及水处理正渗透膜分离技术的应用领域,并对未来水处理中正渗透膜分离技术的应用方向提出了展望。希望在未来其技术能得到更加广泛的应用与发展。 关键词：正渗透应用水处理膜分离技术 一、前言 20世纪60年代起，对膜分离技术从实验室研究已经进入到了工业行业的实际应用，直至现在，它已应用到水处理，食品加工，制药工程，医学以及能源等不同的领域。正渗透(Forward osmosis，FO)是一种不需外加压力做驱动力，而仅依靠渗透压驱动的膜分离过程。正渗透膜分离技术与外加压力驱动的膜分离技术最大的区别就是正渗透膜分离技术不需要外加压力或在较低的外加压力下运行，并且膜污染情况相对较轻，在持续长时间运行后无需清洗。水处理中正渗透膜分离技术目前在国际上诸如美国、新加坡、欧洲等国家和地区已得到大量研究和应用。 二、水处理中正渗透膜分离技术的基本原理 正渗透是浓度驱动型的膜过程,它依靠选择性渗透膜两侧的渗透压差为驱动力来自发的实现水在膜中的传递。也就是指水从较高水化学势(或较低渗透压)一侧区域通过选择透过性膜流向较低水化学势(或较高渗透压)—侧区域的过程。在具有选择透过性膜的两侧分别放置两种具有不同渗透压的溶液，一种为具有较低渗透压的原料液(Feed solution)，另一种为具有较高渗透压的驱动液(Draw solution)，正渗透正是应用了膜两侧溶液的渗透压差作为驱动力，才使得水能自发地从原料液一侧透过选择透过性膜到达驱动液—侧。当对渗透压高的一侧溶液施加一个小于渗透压差的外加压力的时候，水仍然会从原料液压一侧流向驱动液—侧，这种过程叫做压力阻尼渗透(Pressure-retarded osmosis，PRO)。压力阻尼渗透的驱动力仍然是渗透压，因此它也是一种正渗透过程。水处理中正渗透膜分离技术应用正是基于这种原理。 三、水处理正渗透膜分离技术应用现状 正渗透膜过程，具有三低优势，即低压操作，低能耗和低污染，在水处理领域已得到了一定的应用。但是国内并不多见其应用报道，所以说应用不是很多，尽管如此，这一技术仍然具有很大的应用价值和光明的应用前景。如果要大范围普及正渗透膜分离技术，仍需做很多努力。包括了我国对正渗透膜分离技术研究不多，特别是在水处理应用上缺乏经验参数，这需要进行大量的实验，从而积累经验；目前所拥有的正渗透膜性能太低，品种不全、不优；缺少既经济又高效的汲取液体系和汲取液再浓缩途径。 鉴于水处理正渗透膜分离技术仍存在比较多的问题，在今后的研究和应用方面应该从这些方面的着手突破，极大推动正渗透技术在水处理中的广泛应用，以促进新一代水处理工艺的高效发展。总之，对水处理正渗透膜分离技术的研究，都应该围绕如何提高正渗透过程的水回收率、如何提高正渗透过程中的分离效率、以及如何降低正渗透过程的运行成本等方面进行。 四、水处理中正渗透膜分离技术应用领域
纳米膜过滤技术在提高人血浆制品安全性方面的应用 来源：本站原创作者：代旭兰陈海陈代杰刘文芳（四川远大蜀阳药业股份有限公司，四川双流 610214）发 布时间：2009-12-2 病毒污染严重威胁血液制品的安全性，如何进一步提高制品的安全性是人们始终所关注的问题。虽然经过改进原料血浆筛选的检测方法、增加血浆检疫期、增加制品有效病毒灭活/去除步骤、提高生产技术和GMP等措施已经使制品安全性得到了很大的提高，HIV、HBV和HCV）经由现代生产工艺制得的血液制品传播的可能性已经非常小，但仍有少量的病毒，如细小病毒B19（B19）等小型病毒，通过一些凝血因子浓缩物传播的危险还没有完全消除［1—3］，新出现的病原体，如变异型克雅氏病（vCJD），也是安全性关注的焦点［4,5］。因此，血液制品的研究与生产厂家仍然要致力于不断研发增加病毒灭活/去除的新方法。 采用小孔径的膜过滤血浆蛋白溶液，是通过筛选机制截留并去除血浆中的病毒的一种方法；和常规的过滤不同，这项技术所采用的膜的平均孔径为纳米级别，且专为去除病毒而开发，所以又被称为纳米膜过滤。目前，这项技术作为病毒灭活/去除方法的一种安全补充措施，已被广泛接受并应用于生物制品的病毒去除。 1 纳米膜过滤技术及其产品类型 1.1 纳米膜过滤的原理该技术是根据根据分子筛原理，按膜孔径大小截留病毒，使目的蛋白通过滤器，大致分为错流（切向）过滤和直流（死端）过滤2种方式，其病毒去除率和蛋白透过率很大程度上都依赖膜的结构。纳米膜过滤能有效去除大于膜平均孔径的病毒，对于小于或接近平均膜孔径的病毒、病毒聚合体、潜在的病毒与抗体复合物则去除效果不甚理想，蛋白质浓度和因电荷效应产生的膜表面吸附等因素都可能影响病毒清除的程度。该技术的蛋白质回收率取决于蛋白浓度、蛋白质聚合物或高分子量组分、过滤表面积、pH和温度等因素。市售的多数纳米膜为整装的易处理囊式膜包或盒式膜包，可在过滤前后对其进行完整性测试，以确保该滤器在使用中滤除病毒的能力，这是纳米膜过滤可靠性的一个额外的保障。纳米膜过滤通常置于工艺中常规病毒去除步骤和层析纯化步骤之后，因为通过下游工艺处理后的料液的蛋白浓度降低，纯度提高，更有利于满足纳米膜过滤的要求。纳米膜过滤之前往往会先做预过滤，以去除蛋白聚合体、DNA和其它的痕量污染物［6］。有研究发现35 nm纳米膜过滤免疫球蛋白（IgG）并不能完全清除其中的HCV，即虽然纳米膜有良好的病毒去除能力，但不能作为单独的病毒灭活/去除步骤使用［7］。本着确保制品安全性的原则，生产工艺中通常采用多种不同机制的方法联用，如结合S/D、pH4、巴氏、纳米膜过滤等技术以提高病毒安全性。 1.2纳米膜过滤产品的类型见表1。旭化成公司（日本东京）于1989年推出了第1款专门为清除生物制药产品中病毒颗粒而设计的过滤器Planova ，由亲水铜铵再生纤维素制成的中空纤维微孔膜，装入聚碳酸酯壳体中。Viresolve NFP膜（Millipore）是一种复合聚偏氟乙烯膜，过滤盒被设计来从高纯蛋白溶液中移除小型病毒，如B19，蛋白质溶液中，B19的去除量通常＞4 log；Viresolve NFR膜是一种铸塑的高分子膜，专门研发用于去除在生产重组蛋白的培养基和杂交瘤细胞培养物中可能污染的80—120 nm的逆转录病毒，在血液制品生产中的应用有限，因为它对＜80 nm的脂包膜和非脂包膜血浆传播病毒无法去除。Ultipor VF（病毒过滤）DV50和DV20是美国Pall公司的亲水改性聚偏氟乙烯微孔折叠膜；Sartorius生产的Virosart CPV为聚醚砜过滤器，能去除＞4 log的PPV和＞6 log的逆转录病毒。 表1 常见的纳米膜产品类型
正渗透水处理关键技术研究进展 ［摘要］正渗透是一种新型的膜分离技术，其分离的驱动力来源于原料液和汲取液之间自然存在的渗透压差，近年来正渗透技术已在国际上得到广泛关注。简述了基于此技术的正渗透水处理过程的基本原理，指出了这种新型水处理过程的关键技术——正渗透膜和汲取液，根据各自的技术特点对其进行分类概述，并从实验室基础研究和技术的商业化进程两方面介绍了这两项关键技术取得的最新研究进展。从水通量角度对不同体系进行了简单比较，分析了各材料和方法的优缺点，并对它们的应用前景进行了展望。 ［关键词］正渗透；水处理；汲取液；海水淡化 ［中图分类号］ TQ028.8 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1005-829X（2012）05-0005-05 Advance in the key techniques of forward osmosis water treatment Zhang Qian1，Shi Qiang2，Ruan Guoling1，Chu Xizhang1 Abstract： Forward osmosis（FO） is a kind of new membrane separation technique. Its driving force comes from the naturally existing osmotic pressure difference between feed solution and draw solution. Forward osmosis （FO） technology has become increasingly attractive internationally，in recent years. The basic principles of the FO water treatment are introduced and the key techniques of the new type of water treatment process-FO membrane and draw solution -are pointed out. According to their own technical characteristics，the key techniques are classified and summarized. The newest research progress in the key techniques is introduced from the aspects of fundamental research in labs and the schedule of technique commercialization. Different systems are compared simply from the angle of water flux. The advantages
建设科技 ∣ 81部品技术与应用 建设科技CONSTRUCTION SCIENCE AND TECHNOLOGY 2018年11月上 总第371 期1 前言 随着现代化进程的加快，污染问题也越来越严重。 空气中漂浮的颗粒物浓度超标，由此形成的雾霾天气不 仅影响人们的生活，更是严重危害人民的身心健康；水 资源的匮乏也使得污水处理问题引起人们的极大关注。 因此，开发出有效拦截污染物的过滤材料是全世界共同 的目标。静电纺制备的纤维直径可达到微纳米级，且纤 维直径在一定的程度上可以进行有效调控，大到几微米 小到几十纳米。静电纺丝纳米纤维因其优良的性能被引静电纺丝纳米纤维膜在过滤领域的应用研究 方梦珍1 张弘楠1 覃小红1 匡宁2 （1.东华大学纺织学院，上海 201620；2.中材科技股份有限公司，江苏南京 210012） [摘要]静电纺丝纳米纤维膜具有很高的比表面积、孔隙率和通透性，在多个领域都有着不可替代的作用，尤其是过滤领域。本文简要介绍了近年来国内外静电纺丝纳米纤维膜在空气过滤和液体过滤领域中的研究进展。项目团队在功能型纳米纤维过滤材料研究及产业化方面取得的研究成果，展望了未来在被动式建筑室内空气质量提升方面的应用趋势。 [关键词]静电纺丝；纳米纤维膜；空气过滤；液体过滤；被动式建筑 Progress in Application of Electrospun Nanofibrous Membranes for Filtration Fang Mengzhen 1, Zhang Hongnan 1, Qin Xiaohong 1, Kuang Ning 2 (1.College of Textile of Donghua University, Shanghai, 201620; 2.Sinoma Science & Technology Co., Ltd., Nanjing, 210012, Jiangsu) Abstract : Electrospun nanofibrous membranes enjoy high specific surface area, porosity and permeability, and have an irreplaceable role in many fields, especially in the field of filtration. This review briefly summarizes the progress on application of electrospun nanofibrous membranes in the field of air filtration and liquid filtration in recent years as well as the achievements of the project team in the research and industrialization of functional nanofiber filtration materials. The application trend to improve indoor air quality in passive buildings in the future is prospected. Keywords : Electrospun, nanofibrous membrane, air filtration, liquid filtration, passive buildings 入过滤领域，表现出极大的优势。2 静电纺丝的发展静电纺丝即高分子流体在电场下受到静电力而拉伸成丝的过程，最终固化形成纤维。其最早可以追溯到18世纪中，一种牛顿流体的静电雾化。但是真正被世人认可的静电纺丝的开端是1934年Formhals 申请的关于纺丝装置的专利[1-3]，这是首次利用高压静电制备纤维的装置，其专利详细描述了高分子溶液如何在高压DOI: 10.16116/https://www.doczj.com/doc/4d5121454.html,ki.jskj.2018.21.014
纳米膜过滤技术 摘要：纳米膜过滤技术（纳滤技术）是一种选择性敏锐，同时兼备超滤和反渗透的分离性能的新型膜分离技术。纳滤技术已在食品加工、医药工程、软化脱盐、废水处理等方面得以广泛应用。纳滤技术节能、环境友好，已越来越多地被用到制药工业的各种分离、精制和浓缩过程中以及工业、城市用水的水处理工业中。关键词：纳米膜过滤分离富集 1.前言 膜过程作为一门新型的高效分离、浓缩、提纯及净化技术，近30年来发展迅速，已经在冶炼工业[1]、轻工纺织[2]、食品、医药[3, 4]、环保[5, 6]等多个领域得到广泛的应用。 膜过滤是一种与膜孔径大小相关的筛分过程，以膜两侧的压力差为驱动力，以膜为过滤介质，在一定的压力下，当原液流过膜表面时，膜表面密布的许多细小的微孔只允许水及小分子物质通过而成为透过液，而原液中体积大于膜表面微孔径的物质则被截留在膜的进液侧，成为浓缩液，因而实现对原液的分离和浓缩的目的。 根据膜选择性的不同，可将膜分为反渗透（RO）、纳滤（NF）、超滤（UF）和微滤（MF）等。其分类与特性如图1所示： （1）反渗透亦可称为高滤，是渗透的一种逆过程，通常在待过滤的液体一侧加上比渗透压更高的压力，使得原溶液中的溶剂压缩到半透膜的另一边，反渗透膜的过滤粒径在0.2~1.0 nm之间，操作压力在1~10 MPa之间。（2）纳滤是一种在反渗透基础上发展起来的膜分离技术，纳滤膜的拦截粒径一般在0.1~1 nm之间，操作压力在0.5~1 Mpa，拦截分子量为200~1000，对水中的分子量为数百的有机小分子具有很好的分离性能。 （3）超滤指在一定的压力下，含有小分子的溶液经过被支撑的膜表面时，其中的溶剂和小分子溶质会透过膜，而大分子的则被拦截，作为浓缩液被回 收，超滤膜过滤粒径在5~10 nm之间，操作压力在0.1~0.25 Mpa之间。 1
膜分离技术与传统的分离方法相比，具有节能、几乎无污染、不会产生健康危险、不需要助滤剂、使用灵活等优点，因此，在工业发展中有着极其重要的价值[1] 。此外，逐步完善的环境保护法也为膜分离技术的发展提供了新的机遇。 膜是具有选择性分离功能的材料，利用膜的选择性可以实现料液不同组分的分离、纯化和浓缩。膜可以在分子范围内进行分离，且这一过程是物理过程，不需发生相的变化和添加助滤剂。膜的孔径一般为微米级。根据其孔径（或截留分子量）的不同，可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜等[2] 。根据材料的不同，可分为无机膜和有机膜，无机膜主要是微滤级别的膜，如陶瓷膜和金属膜；有机膜是由高分子材料做成的，如醋酸纤维素、聚醚砜、聚氟聚合物等等。根据其构件的不同，可分为平板膜、卷式膜、管式膜。膜分离技术已在传统酿酒行业中得到广泛的应用，并表现出巨大的应用前景。 1 用反渗透膜生产无醇或低醇酒反渗透法生产无醇或低醇酒因几乎不改变风味而成为主流方法。国外基本都使用反渗透法生产无醇啤酒和低醇葡萄酒。反渗透又名逆渗透，是一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。即对膜一侧的料液施加高压，当压力超过它的渗透压时，溶剂会逆着自然渗透的方向，作反方向渗透。饮料酒中的各种成分，对膜的渗透能力相差很大：水最易透过；酒精次之；浸出物最困难，这样即可达到脱醇的目的。目前，国内已经研究开发出了反渗透法生产无醇啤酒的方法和设备，可得到酒精度< 0.5% （v/v）的无醇啤酒，反渗透法脱醇前后酒的理化指标分析见表1[3] 。从表1可看出，经过反渗透，酒精度下降89.7% ，反映啤酒中总浸出物的真正浓度几乎不变，表明反渗透膜对乙醇的透过率比啤酒中的其他物质大得多，用反渗透的工艺来制备无醇啤酒是可行的。此外，反映啤酒醇厚性的总蛋白质、多酚、葡聚糖3项指标经脱醇后确有下降，但下降仅在3.3% 以内，因此在酒体的醇厚性及黏稠度上，脱醇酒与原酒是基本一致的。与限制发酵、蒸馏脱醇方法相比，反渗透法能克服限制发酵法造成的无醇啤酒产品中的残糖含量高、蒸馏法使得无醇啤酒产品有蒸煮味等风味缺陷，能够得到高品质的无醇啤酒产品。 表1 啤酒脱醇前后理化指标的分析结果 项目原酒脱醇酒 色度/EBC 5.0~5.5 5.0~5.5 浊度/EBC 0.24 0.30 粘度/ （mPa ·s） 1.52 1.53 酒精度/% （v/v） 3.39 0.35 真正浓度/% （w/w） 2.69 2.67 原浓/% （w/w）7.96 3.23 外观浓度/% （w/w） 1.59 2.74 pH值 4.19 4.17 总酸/ （mL·100mL -1）0.88 0.80 总还原糖/ （g·100mL -1）0.90 0.87 总多酚/ （mg·L -1 ）74.62 72.16 总蛋白质/（mL·100mL -1）58.07 56.21 α-氨基酸态氮/ （mg·L -1）66.52 65 双乙酰/ （mg·L -1 ）0.072 0.065 浙江古越龙山绍兴酒股份有限公司与江南大学生物工程学院合作，对绍兴黄酒进行反渗透膜脱醇的中试表明，酒精度从16%~18%下降为10%~12% （v/v），几乎能保持绍兴黄酒风味和理化指标不变.