摘要：深层过滤技术的主要原理为依靠直接拦截、惯性碰撞及扩散，达到过滤的目的。本文对深层过滤技术与表面过滤技术的区别展开分析，围绕发酵液澄清技术、小分子精致技术、除热原过滤方式以及基于深层过滤技术的发酵罐待放装置设计，对深层过滤技术在生物制药工艺中的具体应用进行了介绍，以供参考。
关键词：深层过滤技术；生物制药工艺；扩散作用；过滤介质
引言：深层过滤是指当颗粒尺寸小于介质孔道的直径时，无法在过滤介质表面形成滤饼，此时，颗粒便会进入介质内部，在惯性及扩散作用的影响下，趋近孔道壁面，受到静电和表面力作用后，逐渐沉积并与流体分离。基于此，深层过滤会使过滤介质内部的孔道逐渐减小，故实际应用时，过滤介质必须定期更换或再生。
1.深层过滤技术与表层过滤技术的区别分析
过滤、提纯是生物制药工艺中的重要环节。若要实现相关功能，深层过滤技术与表层过滤技术均不可或缺，只有二者充分配合，才能保证作业质量。通常情况下，表层过滤技术是指用特殊材料制作成过滤层，当物质经过时，其中的杂质颗粒会受过滤层孔径的“吸引”，而在其表面逐渐堆积，最后形成滤饼。深层过滤技术的主要原理如本文引言部分所述，在目前的生物制药领域，常见的形式分为机械过滤与静电吸附过滤两种：其一，机械过滤，主要利用介质孔径与杂质颗粒粒径之间的区别，完成过滤作业。其二，静电吸附过滤。表层过滤技术无法对液体物质中游离状的毒素、细胞碎片等含有较高负电荷的杂质进行过滤，而在深层过滤区，加入特定形式的静电吸附装置，待其启动后，即可借助电荷反应原理，使此类杂质停留在介质孔道的指定区域。所谓“静电”吸附，完全基于静电电荷作用，将毒素等负电荷杂质“控制”再目标区域，如果控制条件出现变化，则杂质还会与物质融合，因此应用此种深层过滤技术时，务必保证静电装置的稳定运行[1]。
2.深层过滤技术在生物制药工艺中的具体应用
2.1发酵液澄清技术
笔者所在的生物制药公司，围绕发酵生产用甲醇、莫匹罗星发酵液的精确过滤，各自成功研制了特定装置，并与2018年年底成功申请了实用新型专利证书，本文以莫匹罗星发酵液过滤装置为例，展开介绍。首先，莫匹罗星常常作为氨酰合成酶的抑制剂，其作用在于指定性地使细菌异亮氨酰合成酶失去活性。当患者出现感染症状时，如果成功使细菌中的酶活性降低，则其蛋白质的生物合成过程必然大受影响甚至完全终止，由此控制细菌的繁衍。由此可见，莫匹罗星作为抗生素，对于抑制细菌，挽救患者生命能够发挥重大作用。其次，常规提取莫匹罗星的方式为，将其发酵液放置于特殊装置，通过陶瓷膜完成过滤。然而，发酵液中固体状物质较多，过滤过程开始后不久，就会使陶瓷膜过滤器的滤芯出现堵塞现象，进而严重影响过滤作业。此外，无法通过过滤层的过滤液固体中，外表面处往往“携带”大量的发酵液，严重制约莫匹罗星抗生素的产量，同时，导致成本提升。
根据上文所述，常规方式下，利用深层过滤技术提取莫匹罗星的技术难点在于，陶瓷过滤器的滤芯在短时间内即会受到莫匹罗星过滤液中固体物质堆积的影响，使过滤过程陷入停滞状态。基于此，本公司研究人员在过滤池左侧安装一台振动电机，其输出轴的另一端设有重物压块，并在过滤池两侧的内部设有横槽，其内部均通过套接方式，设有可活动的震动杆等。
此种设计的核心原理为，改善陶瓷膜过滤器及周边区域的作业环境，通过额外施加震动力的方式，保证莫匹罗星“澄清”提取效率的前提下，延长滤芯的工作时长。
2.2小分子精致技术
小分子精致技术是深层过滤技术应用于生物制药工艺中的另一种具体方式。与过滤液澄清技术相比，其应用范围相对有限。传统的小分子精致技术，从过滤阶段开始，包含萃取、浓缩、结晶，将会消耗大量能源，且最终提取的目标物质数量稀少，甚至出现核算、蛋白质等大分子杂质残留的现象。而运用深层过滤技术之后，无论是采用机械过滤还是静电吸附过滤，几乎所有大分子杂质均会被“挡在”过滤层介质之外。此外，在制作中药时，由诸多原材料制成的药液中，很多无效成分无法在表层过滤阶段得到有效阻隔，故使用深层过滤技术后，不仅制药效率得到了极大地提升，药品精度也能够保证。
2.3除热原过滤方式
在生物制药工艺中，热原指代细胞碎片，又可被称为内毒素。其分子量最低为数万，最高可达数百万。如果药品中不慎含有热原，进入人体后，内毒素将会随着血液渗透至机体各处，从内部直接威胁人体生命安全。传统的热原去除方式为借助活性炭，在多次的吸附过程中，尽量将热原含量控制在较低水平，但仍然会存在残留量超标现象。而采用深层过滤技术（特别是静电吸附），可以在短时间内将绝大部分热原阻挡在过滤层介质外，从而降低药品的“毒性”。
2.4基于深层过滤技术的发酵罐待放装置设计
在生物制药过程中，发酵培养经过一定时间后，受持续不断补充培养基、因为菌体衰老而产生大量泡沫的影响，发酵液的体积必然膨胀。常规发酵罐的侧面靠上区域，存在一个或多个排气孔，如果发酵液膨胀后，其高度超出排气口，则罐内的发酵液将会出现渗漏现象，不仅使生物制药企业蒙受损失，未经处理的发酵液很可能迅速融入空气中，对周边环境造成恶劣影响。针对此种情况，本公司研究人员将升级改善的重点放在如下方面：第一，使培养基的体积尽可能地缩小；第二，对培养基进行发酵培养，待其生长至中后期后，投入使用。综合来看，第一种方式需要投入的成本较大，且实际效果未经证实（即培养基体积缩小后，效果性能是否与之前保持一致尚无结论）。而第二种方式不仅能够降低生产成本，还会增加同一批次的产量。
确认第二种方式之后，本公司设置了一种发酵罐待放装置。首先，发酵罐必须具备，此为一切的基础。其次，发酵罐内部采用活动套接的方式，与搅拌装置相连，并在发酵罐顶端、位于搅拌装置一侧的方向处，采用活动套接方式，与液位传感电极相接。为了保证稳定运行，发酵罐与待放接收罐必须通过特定的管道予以固定。再次，在待放管道上方设置手动启动的隔膜总阀，周围还应具备含有特定功能的三个排气阀（自动控制阀两个，手动控制阀一个）。最后，在发酵罐与待放接收罐的顶部还需采用固定套接的方式，使二者相连。如此一来，上述的发酵问题即可得到相对完美地解决，降低投入的同时，还提升了产量[2]。
结语：生物制药是指综合微生物学、生物学、医学、生物化学等研究成果，以生物材料为主要原料裁员，制造用于预防、治疗、诊断的医药制品。众所周知，药物的效果与原材料提纯程度息息相关。故在生物制药工艺中充分运用深层过滤技术，能够极大地提升目标物质的纯度，从而带动整个生物制药行业良好发展。
参考文献：
[1]彭安杰,刘小兰.深层过滤技术在生物制药工艺中的运用研究[J].科学技术创新,2019(01):164-165.
[2]肖烨.深层过滤技术在生物制药工艺中的应用[J].信息记录材料,2017,18(02):83-84.