一、膜过滤技术的新进展

1. 切向流微滤/超滤（TFF）
   切向流过滤通过使样品液体沿膜表面流动，减轻了滤膜的污染与堵塞，适合高浓度微生物或细胞悬液的分离。近年来高通量TFF系统在发酵液澄清、胞体回收等方面得到广泛应用：

• 模块化膜组件与在线清洗（CIP）一体化设计，显著延长运行寿命并减少人工干预 。

• 纳米纤维复合膜通过静电纺丝技术制备，提高了选择性截留能力与机械强度，可实现对不同种类菌体（如酵母、革兰氏阴性细菌）的差异化分离。

2. 立体结构微孔膜与3D打印
   利用3D打印技术可快速制备具有可控通道结构的微孔膜支架，将多孔陶瓷或聚合物膜与支撑骨架复合，实现大面积、高强度且可定制化分离器件。此类设备：

• 对复杂发酵体系中多种杂质具有更好的耐污染性与稳定通量。

• 便于规模化生产，对工业制药和生物燃料行业意义重大。

3. 电化学复合膜
   将电化学处理与膜分离结合，通过在膜表面施加电场，促使带电微生物或大分子向膜侧迁移，减少生物膜形成与无机污染物沉积。该技术在水处理及制药无菌过滤中实现了“在线清洗+选择性分离”一体化 。

二、离心分离技术的创新

1. 盘式与蜗壳连续流离心机
   传统盘式离心机受限于间歇运行和易堵塞问题，近年来出现多种改进：

• 高压差补给系统：实时在线补给新鲜样品，稳压运行，避免局部超滤膜堵塞。

• 自动排渣与在线消毒：集成蒸汽或化学消毒模块，缩短停机维护时间。

2. 微流控离心芯片
   在我国空间站在轨微生物监测模块中，采用离心微流控芯片实现了高敏度的核酸扩增与检测 。该芯片利用微结构通道与离心力场耦合，能够在纳升级样品中完成微生物富集与定量，具有重量轻、小体积、自动化程度高等特点。

3. 声学辅助离心
   结合超声振动与离心力，可在分离过程中减少细胞聚团现象并提高分离纯度。实验表明，适当的超声频率可使细胞分散更均匀，从而提高下游分析准确度 （理论与应用尚在探索阶段）。

三、微流控与集成技术

1. 微流控连续分离平台
   新一代微流控芯片通过多级流道布局，实现“过滤—离心—沉淀”多步骤一体化：

• 初级滤膜截留大颗粒杂质；

• 随后流入离心区，通过旋转式微流室分离细菌与病毒；

• 最终在集成沉降室中回收目标菌体。
  此类集成系统可在30分钟内完成常规实验室需数小时的分离流程 。

2. 在线监测与反馈控制
   结合光学或电化学传感器，可实时监控分离效率和通量，并通过微控制器动态调整压力、转速和流速，保证在复杂样本（如血液、环境水样）中稳定分离 。

四、声学（Acoustofluidic）分离技术

1. 表面声波 (SAW) 微流控分离
   利用倾斜面声波（Tilted-Angle SAW）在微通道中产生声压梯度，可实现对大肠杆菌等细菌的高速分离。该方法具有无标记、低剪切力且对细胞活性影响小的优点 。

2. 梯度声聚焦 (Gradient Acoustic Focusing)
   通过在流体中构建声学阻抗梯度，使不同大小和压缩性的微生物颗粒沿不同轨迹运动并分离，已成功应用于血液中金黄色葡萄球菌与红细胞的分离 。

3. 高通量声学捕获与浓缩
   将声场与磁性或化学捕获技术联用，可在数分钟内捕获并浓缩痕量病原体，提高下游核酸检测灵敏度。目前该类设备在移动实验室和现场诊断中展现出广阔前景。

五、新兴自动化与智能化设备

1. 自动化全流程分离装置
   最近报道的一种基于小型离心机的自动化细菌分离装置，可在40分钟内从血液中隔离并浓缩细菌，适用于临床快速诊断 。该设备集成样品加样、离心分离与废液回收，操作傻瓜化。

2. 人工智能辅助的在线成像与分类
   结合机器视觉与深度学习算法，对分离后微生物进行形态学识别和分类，无需培养即可初步判定菌种，大大缩短检测时间。

3. 可穿戴/便携式分离系统
   面向现场环境监测和应急检测，研发了体积不到手掌大小的微流控-离心一体机，可通过USB供电，并利用手机APP实时查看分离结果。

六、总结与展望

近年来，过滤与离心结合的微生物分离技术在膜材料、微流控芯片、声学分离及自动化设备方面均取得重要进展。未来研究可聚焦于：

• 多模态集成：融合声、电、磁、光等多物理场，提高分离选择性与通量。

• 智能反馈控制：引入在线传感与AI算法，实现实时优化分离参数。

• 柔性制造与个性化定制：通过3D打印、可降解材料等，实现一次性耗材与专用芯片的快速迭代。

这些新技术将推动实验室微生物分离朝着更高通量、更高纯度、更智能化方向发展，并在临床诊断、环境监测、生物制药等领域得到广泛应用。