四、生物分離&醫(yī)用-安心&保健康

膜分離純化過程通常不涉及酸堿、有機溶劑的使用及熱處理，能夠避免化學物質的殘留，同時能有效避免某些成分失活或變性。這使膜分離技術在生物分離領域具有顯著優(yōu)勢，讓生物產品更安全、更有效。

以蔗糖生產為例，采用傳統(tǒng)化學清凈法（即碳酸法和亞硫酸法）制備的蔗糖色度較高，并可能殘留二氧化硫等有害物質。此外，甘蔗混合汁在化學清凈過程中會產生大量固體廢棄物和廢糖蜜，嚴重降低了糖的回收率。中國科學院過程工程研究所萬印華研究員、羅建泉研究員團隊，與廣東廣墾糖業(yè)集團及廣州中糖生物科技有限公司聯合合作，經過5年的研究，終于在2019年成功量產了全球首批膜法制糖產品。在首批生產中實現了噸糖節(jié)支百元、節(jié)能20%、增收千元，噸蔗產糖率提高20%及廢料“零排放”。該工藝具有高安全、高效益、高質量、低物耗和低能耗的優(yōu)勢，顛覆了140余年的傳統(tǒng)制糖工藝，帶來了節(jié)支、增收、減排的多重效益，也是高新科技在更廣泛的產業(yè)領域中助推高質量發(fā)展的成功嘗試，為傳統(tǒng)糖業(yè)供給側結構帶來質的飛躍，繼而為破解國內糖業(yè)困局，開辟出一條全新的路徑。相關技術已經在廣東、廣西和云南等地的糖廠推廣應用。

萬印華研究員、羅建泉研究員團隊在膜法制糖領域深耕多年的研究成果和工業(yè)化進展（圖片來源 膜科學與工程）

另外，膜分離技術在以生物藥制備和高附加值生物產品的分離與純化為代表的生物分離領域正逐漸受到越來越多的關注。它已在蛋白質等生物大分子的分離、濃縮、脫鹽，藥液的純化精制，以及生物藥制備中的除菌和除病毒等方面展現出顯著的優(yōu)勢。

在新型冠狀病毒（COVID-19）肆虐全球期間，疫苗、抗體藥物、血液制品等生物藥物發(fā)揮了巨大的作用。雖然目前已有多種生物藥物的分離純化方法，但膜分離技術幾乎在所有生物藥物制備的上下游工藝中都扮演著關鍵角色，為提高生物藥物的生產效率和安全性做出了重要貢獻。上游工藝中，膜分離技術用于培養(yǎng)基過濾、氣體過濾，以確保細胞培養(yǎng)的安全與穩(wěn)定；下游工藝中，則用于澄清過濾、濃縮滲濾、除病毒過濾、除菌過濾、緩沖液置換、產品脫鹽和預制劑等步驟。

（圖片來源  pixabay）

作為國內資深的膜技術公司，杭州科百特過濾器材有限公司（以下簡稱“科百特”）在生物制品用膜材料和膜分離技術領域深耕多年，目前能夠為疫苗、血液制品、單抗藥物、重組蛋白藥物等生物藥的制備提供全流程膜工藝解決方案。其中，除病毒過濾技術作為一種有效的物理清除病毒步驟，因其操作簡單溫和、機制明確且易于驗證，已廣泛應用于純化工藝中的病毒安全保障。

科百特疫苗過濾全流程膜工藝解決方案（圖片來源 科百特）

在2021年之前，除病毒過濾膜這一對生物藥安全性至關重要的關鍵技術一直被國外公司壟斷，主要廠商包括AsahiKasei Bioprocess、Millipore、Pall和Sartorius等。這一壟斷局面導致我國在COVID-19疫情爆發(fā)期間一度出現斷供的困境。2021年，科百特自主研發(fā)并推出了ViruClear VF除病毒系列濾器，成功打破了國外公司在除病毒產品上的壟斷。此外，杭州九齡科技有限公司和賽普（杭州）過濾科技有限公司也相繼推出了相應的除病毒過濾膜（膜包），進一步推動了國內除病毒過濾技術的發(fā)展。

科百特單抗過濾全流程膜工藝解決方案（圖片來源 科百特）

體外膜肺氧合（ECMO）系統(tǒng)是用于治療急性呼吸疾病、等待肺移植及心血管手術等過程中不可或缺的重要醫(yī)療設備。自COVID-19爆發(fā)以來，ECMO在危重癥患者的救治中發(fā)揮了至關重要的作用。2023年之前，ECMO市場一直被國外品牌壟斷，如邁柯唯、美敦力和索林等，其中邁柯唯一度占據了國內約70%的市場份額。直到2023年1月，深圳漢諾醫(yī)療科技有限公司生產的國產首款ECMO設備才正式獲批，填補了國內市場的空白。在ECMO系統(tǒng)中，氧合膜是關鍵組件，負責替代肺部為血液補充氧氣并移除二氧化碳，需要具有高效氣體傳質和阻止血液滲漏浸潤的特點，在結構上要求氧合膜具有均勻通透的主體和超薄致密的表層。聚4-甲基-1-戊烯（PMP）是目前氧合膜使用的最佳材料，相關產品及制備關鍵技術之前一直被美國3M公司壟斷。

（圖片來源  pixabay）

清華大學（化工系）-中國石油化工股份有限公司北京燕山分公司醫(yī)用膜材料聯合研究中心王曉琳教授、林亞凱副研究員團隊突破了半經驗式稀釋劑篩選方式，提出了稀釋劑快速定向篩選準則，制備了具有通透海綿結構主體結構的PMP膜，其氮氣通量和抗浸潤性能均優(yōu)于商品PMP膜，獲得了國內該細分領域的第一個授權發(fā)明專利，打破了美國3M公司在該領域的專利壟斷。但是由于目前PMP樹脂還只能依賴進口，團隊還探索使用原料自主可控、價格更便宜、氣體滲透性能更優(yōu)異的聚丙烯（PP）制備中空纖維氧合膜。為了解決PP膜血漿滲漏問題，團隊采用復合相分離法制備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。同時，聯合研究中心還在積極推進PMP和PP樹脂的國產化進程，并已取得一定進展。

五、還有很長的路要走

盡管我國在膜分離領域取得了顯著成果，特別是在中低端膜材料的研發(fā)和生產方面，但與國際領先水平相比，仍存在明顯差距。在高端膜材料技術、研發(fā)創(chuàng)新能力、生產工藝及技術集成、膜模塊設計與系統(tǒng)集成、知識產權布局以及應用市場的成熟度與多樣化等方面，我國尚有不足。高端膜材料在分離精度、抗污染性和耐用性方面要求更高，尤其是在長期運行中的化學、熱、機械穩(wěn)定性上，國產膜產品多無法與國際頂尖水平媲美。此外，國產膜的生產設備在生產效率、精度及產品一致性方面也亟待提升，與國外先進水平相比仍存在差距。外資企業(yè)憑借長期積累的技術經驗和完善的售后服務，膜產品應用領域更加廣泛，并且已建立了良好的市場信任度和客戶黏性。而國產膜產品的應用則主要集中在國內中低端的工業(yè)水處理、污水處理等領域，在高端市場的占有率相對較低。

（圖片來源  pixabay）

在膜產品方面，與其他產品類似，我國膜產品也存在低端膜材料產能過剩，而高端膜材料尚未實現國產化替代的局面。造成這一現狀的重要原因之一是膜分離技術在“學、研、產”各個環(huán)節(jié)存在不足，且三者之間的協(xié)同仍顯不足。

在“學”方面，知識體系的更新尚未跟上產業(yè)升級的步伐。產業(yè)轉型對知識技能提出了新的要求，但高等教育的知識體系調整相對緩慢。盡管膜分離技術在科研和產業(yè)應用領域已逐漸升溫，但在本科教育中的滲透率較低，國內專門開設相關課程的高校數量有限，且多為選修課。因此，本科生對膜分離技術的認知不足，進入研究生階段的相關課題研究時，往往缺乏扎實的基礎。今年3月11日，國內首家膜技術學院——福州大學未來膜技術學院在福州大學旗山校區(qū)揭牌成立，標志著我國正在逐步補齊高等教育知識體系的短板。

（圖片來源  pixabay）

在“研”方面，需更加注重應用導向。目前，不少企業(yè)缺乏科研能力，難以承擔科研創(chuàng)新帶來的風險，而高校和科研機構仍以發(fā)表論文為主要目標，較多研究并不面向實際應用和解決現實問題。盡管在“破四唯”政策的推動下已有所改進，但科研成果的實際轉化仍有較長的路要走。

在“產”方面，擁抱規(guī)范化與智能化。大家對國產膜產品的常見評價是質量和性能不夠穩(wěn)定，這很大程度上源于生產過程中缺乏統(tǒng)一的規(guī)范與嚴格的質量控制標準。部分生產企業(yè)在工藝流程上未能嚴格遵守國際標準，導致產品的一致性和可靠性難以保障。此外，自動化、智能化生產技術的應用水平相對較低，導致批次間的產品性能波動較大，難以滿足高端應用的需求。推動膜生產過程的規(guī)范化，加強行業(yè)標準的制定與執(zhí)行，確保從原材料選擇、生產工藝到產品檢測的每個環(huán)節(jié)都符合高端產品的要求。同時，大力引進并推廣智能制造技術，通過自動化控制和大數據分析優(yōu)化生產流程，提升產品質量的穩(wěn)定性和一致性。借助智能化手段，還可以實現生產過程的實時監(jiān)控與調整，進一步提高生產效率并降低成本。

（圖片來源  pixabay）

除了各自補足短板，加強學、研、產的匹配與融合外，還可以從重視應用型研究和開展前瞻性研究兩個方面入手，助推膜分離技術蓬勃發(fā)展。

重視應用型研究。目前的論文和項目多集中于新型膜材料的開發(fā)，試圖在材料方面取得突破，這對于膜分離技術的長遠發(fā)展確實至關重要。然而，我們同樣需要在膜分離技術的應用拓展及其優(yōu)化使用上下更大功夫。例如，加強膜組件的開發(fā)、優(yōu)化膜過程、探索膜技術在更多領域的應用等。對于實際應用而言，這些研究比單純開發(fā)新材料往往能夠帶來更直接、立竿見影的效果。

（圖片來源  pixabay）

開展前瞻性研究。在膜分離的諸多細分領域，我們當前大多處于跟隨者的位置，急需突破“卡脖子”技術。然而，我們的科研成果在國際上仍缺乏具有引領性和創(chuàng)新性的技術。如果不能加快開發(fā)出前瞻性的技術，我們將面臨在未來被技術壁壘制約的風險。我們必須通過跨學科協(xié)作與原始創(chuàng)新，提出具有顛覆性、全球領先的解決方案，推動膜材料、制備工藝和應用技術的重大突破，以打破技術封鎖，保持在全球競爭中的技術自主性和話語權。