層層組裝法制備含水通道蛋白的仿生膜.pdf

1、海水淡化是解決水資源短缺的有效途徑之一，而膜分離技術(shù)則是實(shí)現(xiàn)海水淡化最有效、最經(jīng)濟(jì)的手段。高性能分離膜的設(shè)計(jì)是膜技術(shù)的基礎(chǔ)和核心，制備新型復(fù)合膜使其能有效地降低能耗，實(shí)現(xiàn)高效、便捷的凈水技術(shù)，是目前膜材料研制領(lǐng)域內(nèi)的共識(shí)及今后的發(fā)展方向。水通道蛋白是一種理想的水分子通道，其具有極強(qiáng)的的水滲透性和單一選擇透過(guò)性。將水通道蛋白包裹在磷脂雙層膜中，鋪展于納濾膜上形成一種新型的仿生復(fù)合膜，可以克服傳統(tǒng)高分子復(fù)合膜的“上限平衡”效應(yīng)。本文通過(guò)層層

2、組裝的方法制備了含有水通道蛋白的磷脂仿生復(fù)合膜，并對(duì)它們的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了表征與測(cè)試。
　　(1)本文根據(jù)囊泡再水化法制備了DOPC脂質(zhì)體及DOPC/DOTAP脂質(zhì)體，并在脂質(zhì)體囊泡中引入水通道蛋白Z制備DOPC蛋白脂質(zhì)體及DOPC/DOTAP蛋白脂質(zhì)體，表征了脂質(zhì)體及蛋白脂質(zhì)體的形貌及性能。用停留光譜法表征制得的脂質(zhì)體及蛋白脂質(zhì)體的滲透性能，探究了加入不同比例蛋白后蛋白脂質(zhì)體的滲透通量的變化規(guī)律，以及加入陽(yáng)離子脂質(zhì)體DOTAP后

3、對(duì)蛋白載入量的影響。實(shí)驗(yàn)證明，蛋白脂質(zhì)體的滲透通量隨蛋白加入量的增多而增大，陽(yáng)離子脂質(zhì)體DOTAP的加入可以提高水通道蛋白的載入量。由于水通道蛋白呈負(fù)電性，引入帶正電的陽(yáng)離子脂質(zhì)體包裹水通道蛋白會(huì)減小帶負(fù)電的水通道蛋白Z之間的排斥阻力，并通過(guò)靜電效應(yīng)提高囊泡中水通道蛋白的載入量，提高蛋白脂質(zhì)體的滲透性能。
　　(2)由直接囊泡破裂法制備的復(fù)合膜中納濾膜與磷脂膜間僅靠親水作用力結(jié)合，復(fù)合膜的穩(wěn)定性較差，因此我們嘗試使用層層組裝的方法

4、，利用靜電吸引力的作用，提高復(fù)合膜的結(jié)合力，增強(qiáng)膜的穩(wěn)定性和耐清洗能力。利用層層組裝制備表面呈負(fù)電性的高分子復(fù)合膜基膜，再通過(guò)靜電結(jié)合作用使包裹有水通道蛋白的正電性的磷脂囊泡溶液在層層組裝的復(fù)合膜上鋪展形成支撐磷脂雙層膜。我們以NaOH處理過(guò)的聚丙烯腈(H-PAN)膜為基膜，在上面利用層層組裝的方法吸附帶正電的聚乙烯亞胺(PEI)和帶負(fù)電的聚苯乙烯磺酸鈉(PSS)溶液，制備復(fù)合高分子基膜。將水通道蛋白(AQP)引入到帶正電的磷脂磷脂囊泡

5、(二油酰磷脂酰膽堿(DOPC)∶1，2-二油烯氧基-3-三甲氨基丙烷(DOTAP)=4∶1)中，在其上通過(guò)靜電結(jié)合力鋪展形成一層含水通道蛋白的磷脂雙層膜。通過(guò)層層組裝制備含水通道蛋白的磷脂仿生納濾膜，加入水通道蛋白后膜的通量比原來(lái)提高了4～5倍，約為20～25 L/m2 h（原膜水通量為0～5 L/m2 h），對(duì)一價(jià)Na+的截留率提高到65％以上，對(duì)二價(jià)Mg2+的截留率提高到90％以上?？蓱?yīng)用于水軟化，廢水處理等不同領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用

6、前景。
　　(3)用層層組裝的方法制備了含水通道蛋白Z的磷脂仿生正滲透膜，并通過(guò)改變表面分離層聚電解質(zhì)的組裝時(shí)間、組裝層數(shù)及聚電解質(zhì)溶液的離子強(qiáng)度來(lái)改變聚電解質(zhì)層的分離性能，用正滲透膜測(cè)試儀測(cè)試膜的性能，得到分離效果較好的正滲透膜。在得到的聚電解質(zhì)復(fù)合膜上鋪展形成含水通道蛋白的磷脂仿生膜，磷脂層和水通道蛋白可以有效地提高復(fù)合膜的截鹽率，同時(shí)可以保持較高的水通量。隨著加入蛋白比例的提升，水通量明顯上升，并且蛋白濃度越高，水通量也越大