四、生物分离&医用-安心&保健康

膜分离纯化过程通常不涉及酸碱、有机溶剂的使用及热处理，能够避免化学物质的残留，同时能有效避免某些成分失活或变性。这使膜分离技术在生物分离领域具有显著优势，让生物产品更安全、更有效。

以蔗糖生产为例，采用传统化学清净法（即碳酸法和亚硫酸法）制备的蔗糖色度较高，并可能残留二氧化硫等有害物质。此外，甘蔗混合汁在化学清净过程中会产生大量固体废弃物和废糖蜜，严重降低了糖的回收率。中国科学院过程工程研究所万印华研究员、罗建泉研究员团队，与广东广垦糖业集团及广州中糖生物科技有限公司联合合作，经过5年的研究，终于在2019年成功量产了全球首批膜法制糖产品。在首批生产中实现了吨糖节支百元、节能20%、增收千元，吨蔗产糖率提高20%及废料“零排放”。该工艺具有高安全、高效益、高质量、低物耗和低能耗的优势，颠覆了140余年的传统制糖工艺，带来了节支、增收、减排的多重效益，也是高新科技在更广泛的产业领域中助推高质量发展的成功尝试，为传统糖业供给侧结构带来质的飞跃，继而为破解国内糖业困局，开辟出一条全新的路径。相关技术已经在广东、广西和云南等地的糖厂推广应用。

万印华研究员、罗建泉研究员团队在膜法制糖领域深耕多年的研究成果和工业化进展（图片来源 膜科学与工程）

另外，膜分离技术在以生物药制备和高附加值生物产品的分离与纯化为代表的生物分离领域正逐渐受到越来越多的关注。它已在蛋白质等生物大分子的分离、浓缩、脱盐，药液的纯化精制，以及生物药制备中的除菌和除病毒等方面展现出显著的优势。

在新型冠状病毒（COVID-19）肆虐全球期间，疫苗、抗体药物、血液制品等生物药物发挥了巨大的作用。虽然目前已有多种生物药物的分离纯化方法，但膜分离技术几乎在所有生物药物制备的上下游工艺中都扮演着关键角色，为提高生物药物的生产效率和安全性做出了重要贡献。上游工艺中，膜分离技术用于培养基过滤、气体过滤，以确保细胞培养的安全与稳定；下游工艺中，则用于澄清过滤、浓缩渗滤、除病毒过滤、除菌过滤、缓冲液置换、产品脱盐和预制剂等步骤。

（图片来源  pixabay）

作为国内资深的膜技术公司，杭州科百特过滤器.html'>过滤器材有限公司（以下简称“科百特”）在生物制品用膜材料和膜分离技术领域深耕多年，目前能够为疫苗、血液制品、单抗药物、重组蛋白药物等生物药的制备提供全流程膜工艺解决方案。其中，除病毒过滤技术作为一种有效的物理清除病毒步骤，因其操作简单温和、机制明确且易于验证，已广泛应用于纯化工艺中的病毒安全保障。

科百特疫苗过滤全流程膜工艺解决方案（图片来源 科百特）

在2021年之前，除病毒过滤膜这一对生物药安全性至关重要的关键技术一直被国外公司垄断，主要厂商包括AsahiKasei Bioprocess、Millipore、Pall和Sartorius等。这一垄断局面导致我国在COVID-19疫情爆发期间一度出现断供的困境。2021年，科百特自主研发并推出了ViruClear VF除病毒系列滤器，成功打破了国外公司在除病毒产品上的垄断。此外，杭州九龄科技有限公司和赛普（杭州）过滤科技有限公司也相继推出了相应的除病毒过滤膜（膜包），进一步推动了国内除病毒过滤技术的发展。

科百特单抗过滤全流程膜工艺解决方案（图片来源 科百特）

体外膜肺氧合（ECMO）系统是用于治疗急性呼吸疾病、等待肺移植及心血管手术等过程中不可或缺的重要医疗设备。自COVID-19爆发以来，ECMO在危重症患者的救治中发挥了至关重要的作用。2023年之前，ECMO市场一直被国外品牌垄断，如迈柯唯、美敦力和索林等，其中迈柯唯一度占据了国内约70%的市场份额。直到2023年1月，深圳汉诺医疗科技有限公司生产的国产首款ECMO设备才正式获批，填补了国内市场的空白。在ECMO系统中，氧合膜是关键组件，负责替代肺部为血液补充氧气并移除二氧化碳，需要具有高效气体传质和阻止血液渗漏浸润的特点，在结构上要求氧合膜具有均匀通透的主体和超薄致密的表层。聚4-甲基-1-戊烯（PMP）是目前氧合膜使用的最佳材料，相关产品及制备关键技术之前一直被美国3M公司垄断。

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清华大学（化工系）-中国石油化工股份有限公司北京燕山分公司医用膜材料联合研究中心王晓琳教授、林亚凯副研究员团队突破了半经验式稀释剂筛选方式，提出了稀释剂快速定向筛选准则，制备了具有通透海绵结构主体结构的PMP膜，其氮气通量和抗浸润性能均优于商品PMP膜，获得了国内该细分领域的第一个授权发明专利，打破了美国3M公司在该领域的专利垄断。但是由于目前PMP树脂还只能依赖进口，团队还探索使用原料自主可控、价格更便宜、气体渗透性能更优异的聚丙烯（PP）制备中空纤维氧合膜。为了解决PP膜血浆渗漏问题，团队采用复合相分离法制备了具有梯度孔以及外表面致密的PP氧合膜，其性能已于PMP膜接近。同时，联合研究中心还在积极推进PMP和PP树脂的国产化进程，并已取得一定进展。

五、还有很长的路要走

尽管我国在膜分离领域取得了显著成果，特别是在中低端膜材料的研发和生产方面，但与国际领先水平相比，仍存在明显差距。在高端膜材料技术、研发创新能力、生产工艺及技术集成、膜模块设计与系统集成、知识产权布局以及应用市场的成熟度与多样化等方面，我国尚有不足。高端膜材料在分离精度、抗污染性和耐用性方面要求更高，尤其是在长期运行中的化学、热、机械稳定性上，国产膜产品多无法与国际顶尖水平媲美。此外，国产膜的生产设备在生产效率、精度及产品一致性方面也亟待提升，与国外先进水平相比仍存在差距。外资企业凭借长期积累的技术经验和完善的售后服务，膜产品应用领域更加广泛，并且已建立了良好的市场信任度和客户黏性。而国产膜产品的应用则主要集中在国内中低端的工业水处理、污水处理等领域，在高端市场的占有率相对较低。

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在膜产品方面，与其他产品类似，我国膜产品也存在低端膜材料产能过剩，而高端膜材料尚未实现国产化替代的局面。造成这一现状的重要原因之一是膜分离技术在“学、研、产”各个环节存在不足，且三者之间的协同仍显不足。

在“学”方面，知识体系的更新尚未跟上产业升级的步伐。产业转型对知识技能提出了新的要求，但高等教育的知识体系调整相对缓慢。尽管膜分离技术在科研和产业应用领域已逐渐升温，但在本科教育中的渗透率较低，国内专门开设相关课程的高校数量有限，且多为选修课。因此，本科生对膜分离技术的认知不足，进入研究生阶段的相关课题研究时，往往缺乏扎实的基础。今年3月11日，国内首家膜技术学院——福州大学未来膜技术学院在福州大学旗山校区揭牌成立，标志着我国正在逐步补齐高等教育知识体系的短板。

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在“研”方面，需更加注重应用导向。目前，不少企业缺乏科研能力，难以承担科研创新带来的风险，而高校和科研机构仍以发表论文为主要目标，较多研究并不面向实际应用和解决现实问题。尽管在“破四唯”政策的推动下已有所改进，但科研成果的实际转化仍有较长的路要走。

在“产”方面，拥抱规范化与智能化。大家对国产膜产品的常见评价是质量和性能不够稳定，这很大程度上源于生产过程中缺乏统一的规范与严格的质量控制标准。部分生产企业在工艺流程上未能严格遵守国际标准，导致产品的一致性和可靠性难以保障。此外，自动化、智能化生产技术的应用水平相对较低，导致批次间的产品性能波动较大，难以满足高端应用的需求。推动膜生产过程的规范化，加强行业标准的制定与执行，确保从原材料选择、生产工艺到产品检测的每个环节都符合高端产品的要求。同时，大力引进并推广智能制造技术，通过自动化控制和大数据分析优化生产流程，提升产品质量的稳定性和一致性。借助智能化手段，还可以实现生产过程的实时监控与调整，进一步提高生产效率并降低成本。

（图片来源  pixabay）

除了各自补足短板，加强学、研、产的匹配与融合外，还可以从重视应用型研究和开展前瞻性研究两个方面入手，助推膜分离技术蓬勃发展。

重视应用型研究。目前的论文和项目多集中于新型膜材料的开发，试图在材料方面取得突破，这对于膜分离技术的长远发展确实至关重要。然而，我们同样需要在膜分离技术的应用拓展及其优化使用上下更大功夫。例如，加强膜组件的开发、优化膜过程、探索膜技术在更多领域的应用等。对于实际应用而言，这些研究比单纯开发新材料往往能够带来更直接、立竿见影的效果。

（图片来源  pixabay）

开展前瞻性研究。在膜分离的诸多细分领域，我们当前大多处于跟随者的位置，急需突破“卡脖子”技术。然而，我们的科研成果在国际上仍缺乏具有引领性和创新性的技术。如果不能加快开发出前瞻性的技术，我们将面临在未来被技术壁垒制约的风险。我们必须通过跨学科协作与原始创新，提出具有颠覆性、全球领先的解决方案，推动膜材料、制备工艺和应用技术的重大突破，以打破技术封锁，保持在全球竞争中的技术自主性和话语权。