德国默克公开专利-pH 诱导相分离制备可食用多孔交联中空纤维及膜

近日，德国默克（MERCK）申请的发明专利AU2026201077A1在澳大利亚专利局正式公开。该专利创新推出基于pH诱导相分离技术制备可食用多孔交联中空纤维与平板膜的成套制造工艺，解决传统细胞培养肉支架强度不足、细胞剥离破坏组织结构、生产成本高昂等行业痛点，为结构化培养肉商业化落地提供全新生物材料解决方案。

一、行业痛点凸显，传统中空纤维膜技术存在核心短板

当前用于贴壁细胞培养的中空纤维膜生物反应器已实现实验室应用，但落地规模化培育肉生产存在多重难以逾越的瓶颈。传统膜材料仅依靠离子交联成型，置于细胞培养液中交联结构极易解离，膜体丧失自支撑能力；收获细胞时需胰酶等化学试剂解离细胞，不仅大幅抬升工业化成本，还会彻底破坏肌肉细胞形成的类组织纹理，无法产出具备真实肉质口感的结构化培养肉。同时，现有支架难以引导肌管定向排列，成品缺乏天然肉类的纤维质感，严重制约细胞培养肉产业化推进。

默克研发团队通过大量试验证实，仅依靠多糖离子交联制备的膜材，在37℃细胞培养液中长期浸泡后完整性快速流失，无法适配长期细胞培养工况，亟需一套兼顾食用安全性、机械强度、细胞亲和性的全新膜制备体系。

二、默克专利核心创新：pH诱导相分离+双重交联复合制备工艺

本次公开的澳大利亚专利完整披露一套可食用多孔交联中空纤维、平板膜一体化制造方法，核心创新分为四大模块：

1. 全食用级生物原料体系

膜材原料全部采用合规食用级植物蛋白与多糖，绿豆蛋白、豌豆蛋白、玉米醇溶蛋白、小麦谷蛋白、海藻酸盐、琼脂糖、κ-卡拉胶、壳聚糖等均可作为基材；搭配多元离子交联体系（钙离子、镁离子、铁离子、锌离子、三聚磷酸盐等），成型浴采用食品级有机酸、碱类调控pH，成品符合各国食品GRAS安全标准，可直接与培养肉共同食用，无需额外脱除支架。

2. pH调控相分离成型机制

将蛋白-多糖混合纺丝原液（铸膜液）通过同轴喷丝头挤出至成型浴，依靠浴液pH变化触发相分离，同步借助多价阳离子实现多糖离子交联，一步成型多孔中空纤维；纤维外径控制在300–700微米，纤维外壁设计平行纵向沟槽纹路，天然引导肌细胞沿纤维轴向定向生长，复刻骨骼肌纤维排列结构。铸膜液内可添加细菌纳米纤维素等纳米纤维，同步强化膜材力学韧性、规整肌管排布。

3. 二次强化交联工艺，大幅提升膜长期稳定性

这是本专利最关键突破：离子交联仅作为初次定型，成型后的纤维/平板膜需经过热固化或辐照二次交联加固。热加工可采用60–100℃湿热处理、120℃甘油浴热处理；辐照可选电子束、γ射线、紫外辐照，剂量10–50 kGy。热处理/辐照促使膜内植物蛋白发生分子交联，形成稳定蛋白网络，即便长期浸泡细胞培养基仍保持完整力学结构，解决传统膜易溃散难题。对比试验显示，仅离子交联膜浸泡培养液72小时完全失稳；经电子束或甘油热交联改性的膜材，可稳定自支撑，弹性模量、断裂应变等力学性能显著提升。

4. 多功能表面改性涂层方案，适配细胞共培养需求

专利配套多种食品级表面修饰方案：喷涂纤连蛋白、胶原蛋白、明胶，或RGD、YIGSR等细胞黏附短肽，大幅提升肌细胞贴附效率；涂布高脂质涂层可诱导脂肪细胞分化，实现肌细胞、脂肪细胞共培养，还原肉类肥瘦相间口感；还可添加甘油、山梨醇等增塑剂优化咀嚼口感，混合β-胡萝卜素、天然香精调控成品色泽与风味，同时搭配食品级防腐剂维持生物反应器无菌环境。

三、配套生物反应器设计，适配规模化细胞肉生产

依托该专利中空纤维膜，默克同步设计专用中空纤维膜组件生物反应器：纤维间平均间距控制在50微米–5毫米，兼顾营养扩散与培养基流通；培养液可双向交替循环，保障深层细胞氧气、养分供给。反应器支持一次性、连续式工业化生产，可大规模扩增间充质干细胞、诱导多能干细胞（iPSC）分化而来的肌细胞、脂肪细胞、成纤维细胞，肌肉与脂肪细胞可按99:1至75:25比例共培养，精准调控成品肉质结构。

膜孔隙率可控在1%–90%，优选50%–80%梯度孔隙结构，表层亚微米小孔截留细胞，内部20–50微米大孔保障营养渗透；部分基材海藻酸盐膜具备可控溶解特性，培养完成后可部分溶蚀，保留适度纤维结构赋予咀嚼感，避免成品过硬。

四、试验数据验证性能优势，生物相容性表现优异

专利附大量表征与细胞培养实验结果佐证技术可行性：

1. 力学稳定性：绿豆蛋白、玉米醇溶蛋白复合膜经甘油热交联后，在37℃培养液浸泡21天仍维持稳定弹性模量与拉伸性能，无明显破损、溶解；

2. 细胞活性：C2C12、QM7肌细胞系在改性膜上培养48小时，活死细胞荧光染色显示细胞存活率接近100%，胶原、纤连蛋白涂层膜细胞增殖、贴附效果最优；

3. 微观结构：扫描电镜观测证实，热交联纯植物蛋白膜形成分层多孔结构，含纳米纤维的铸膜液可实现均匀孔隙分布，沟槽结构有效诱导肌管有序排列；

4. 储存便利性：成品膜可长期保存在70%乙醇水溶液或HEPES缓冲液，灭菌后直接投入生物反应器使用。

五、产业化价值：降低培养肉生产成本，推动人造肉合规商业化

当前全球细胞培养肉行业普遍面临支架耗材昂贵、成品组织感差、细胞收获损耗大三大痛点，默克本次专利技术针对性实现多重降本增效：

1. 省去细胞解离工序：膜可直接食用，无需酶解收获细胞，削减工业化试剂成本，完整保留三维肉质组织；

2. 原料低成本、可持续：全部采用大宗植物蛋白、天然多糖，原料供应充足，完全摆脱动物源支架材料限制；

3. 工艺易放大：纺丝、浇铸、热交联工序均可连续化量产，适配大型工业生物反应器；

4. 全链条食品合规：所有原料、助剂均为全球各国批准的食品添加剂，简化培养肉产品上市审批流程。

结语

随着全球替代蛋白市场快速扩容，可食用生物支架是结构化细胞培养肉实现商业化的核心刚需。德国默克此次在澳大利亚落地的pH诱导相分离可食用交联中空纤维膜专利，打通了从生物材料制备、细胞培养到成品成型的完整技术路线，凭借稳定力学性能、优异生物相容性与规模化生产潜力，有望重塑全球细胞培养肉上游材料供应链，加速人造肉产品走向市场。

免责声明

本文内容均基于公开资料整理撰写，仅作行业资讯科普用途，不构成任何商业投资、技术合作建议。文中涉及企业商标、专利技术相关知识产权归原权利人所有，若存在内容侵权、信息错漏等问题，请相关方联系作者，核实后将第一时间修改或删除相关内容。