基于膜蛋白的复合膜制造技术

本发明专利技术涉及基于膜蛋白的复合膜及其制备方法，所述的膜蛋白复合膜由含膜蛋白的细胞膜和多孔支撑层组成，其中膜蛋白作为功能单元。所述的膜蛋白复合膜制备简单，膜蛋白分布在细胞膜中发挥功能作用，其稳定性增强，在水处理和膜分离领域中具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及膜蛋白复合膜
，具体涉及膜蛋白作为功能分离单元，用于海水淡化、污水处理、染料脱除、生物医药等水净化和物料分离等领域。
技术介绍
水是生命之源，由于水资源的不合理开发，水污染等造成了世界范围的淡水资源日渐短缺，海水淡化和废水回收利用成受到越来越多的关注。使用膜分离技术以薄膜作为分离界面，在外界驱动力作用下，利用空间排斥或者选择性作用，将离子或者污染物和水的分离。膜分离技术有多种类型，能够将不同尺寸的离子或者污染物与水分离。磷脂细胞膜是细胞的选择性渗透的屏障，其对不通物质的通透性差异很大，脂溶性分子和不带电的极性小分子易于扩散通过，如O2、甘油等；离子和不带电的较大的极性分子如氨基酸、葡萄糖等难以扩散透过。膜蛋白是细胞膜功能的主要承担者，控制物质的选择性进出细胞是膜蛋白的重要功能之一。水通道蛋白、离子通道蛋白和载体蛋白都是膜蛋白，但行使的功能不同。离子通道蛋白和载体蛋白是离子快速进出细胞的通道，水通道蛋白则是水快速进出的细胞门户，其对水分子的渗透速率极高，单个水通道蛋白分子的渗透能力为6～24×10－14m3/s。天然的细胞膜中水通道蛋白分子的含量较少，可通过基因工程的手段增加水通道蛋白的表达量，见于专利CN201310074302.9。因此，基于细胞膜的选择通透性，用含有膜蛋白的细胞膜构建仿生膜在海水淡化、污水处理、染料脱除、生物医药等水净化和物料分离等领域有着极大的潜力。到目前为止，基于膜蛋白复合膜的公开专利和文献中制备膜蛋白复合膜的方法都是将膜蛋白首先引入到磷脂双分子层中或由磷脂或双亲性共聚物自组装的微囊，在通过不同的方法引入到基底层上制备复合膜，见于专利CN201180060877.4，CN201110008858.9，CN200680034784.3，CN201280057206.7，CN201310454532.8和CN201410012030.4。然而采用磷脂双分子层磷脂或由磷脂或双亲性共聚物自组装的微囊作为膜蛋白的支撑结构，不仅其成本高，而且过程繁琐，磷脂双分子层磷脂或由磷脂或双亲性共聚物自组装的微囊中可嵌入的膜蛋白含量较少，再引入到基底支撑层水通道蛋白含量会更少，因此在很大程度上限制了膜蛋白仿生分离膜水通量的大幅提高。
技术实现思路
为解决上述现有技术中存在的问题，本专利技术的目的是提供一种含膜蛋白的复合膜的制备方法，即通过含膜蛋白的细胞膜和多孔支撑层制备含膜蛋白的复合膜，其中膜蛋白作为功能单元。所述的膜蛋白复合膜制备简单，膜蛋白分布在细胞膜中发挥功能作用，其稳定性增强，在水处理和膜分离领域中具有广阔的应用前景。本专利技术提供如下的技术方案：一种基于膜蛋白的复合膜，其特征在于，所述的膜蛋白复合膜由含膜蛋白的细胞膜和多孔支撑层组成；其中，含膜蛋白的细胞膜是指膜蛋白镶嵌或贯穿或包含在细胞膜的磷脂双分子层中；其中，细胞膜可来自于天然细胞的含有膜蛋白细胞膜；也可通过基因工程技术使原本没有或含有少量膜蛋白基因的细胞获得膜蛋白基因或增加膜蛋白基因，进而使没有膜蛋白或膜蛋白含量低的细胞含有膜蛋白或增加膜蛋白表达量；其中，所述的含膜蛋白的细胞膜尺寸大小从10纳米-10微米，可以是完整细菌、细胞，也可是细菌或细胞破碎后获得的含有膜蛋白的细胞膜或细胞膜碎片或含有膜蛋白的细胞器膜。其中，所述的细胞膜来源于原核细胞或真核细胞，其中原核细胞包括但不仅限于大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌，真核细胞包括但不仅限于酵母菌、链霉菌、哺乳动物红细胞、人胚胎肾细胞、蚕豆液泡膜细胞、拟南芥根细胞，毕赤酵母菌以及昆虫细胞。其中，膜蛋白选自但不仅限于水通道蛋白、离子通道蛋白和载体蛋白的一种，其中水通道蛋白包括但不限于水通道蛋白0、水通道蛋白1、水通道蛋白2、水通道蛋白3、水通道蛋白4、水通道蛋白8、水通道蛋白9、水通道蛋白Z、水通道蛋白M和水通道蛋白GlpF、水通道蛋白γ-TIP、水通道蛋白NIP、水通道蛋白则为SoPIP2；其中离子通道蛋白包括但不限于钾离子通道蛋白、钠离子通道蛋白、氯离子通道蛋白；载体蛋白包括但不限于缬氨酶素；其中，所述的多孔支撑层其表面为孔径1纳米-10微米多孔结构的高分子膜或陶瓷膜或多孔不锈钢网的一种；其中，含膜蛋白的细菌细胞膜和多孔支撑层之间可通过静电作用、化学键合等相互作用增强细胞膜在多孔支撑层的固定和粘结。其中，含膜蛋白的细胞膜层也可通过交联剂增强细胞膜的相互作用，所述的交联剂为含有不少于两个官能团的分子，所述的两个及两个以上的官能团可为同一种，也可为不同种官能团，其官能团可为但不限于氨基、羧基、羟基、酰氯、醛基、N-羟基琥珀酰亚胺酯、马来酸酐、环氧基、硅氧烷。具体实施方式下面的实施案例中将对本专利技术作进一步的阐述，但本专利技术不限于此。实施案例1采用改性后表面为氨基的孔径为100纳米的多孔聚碳酸酯膜为多孔支撑层，利用基因工程技术将水通道蛋白Z的基因导入到大肠杆菌中，增加水通道蛋白Z的表达量，随后将表达水通道蛋白Z的大肠杆菌通过超声波破碎仪进行破碎，菌体破碎后采用离心和过滤的方法收集得到尺寸为500纳米含水通道蛋白Z的大肠杆菌细胞膜碎片，将收集的细胞碎片重新分散后抽滤到多孔支撑层上，进一步采用浓度为2.5%的戊二醛溶液进行交联固定15min，增加细胞膜碎片之间及细胞膜碎片与多孔支撑层之间的结合牢固度，得到含水通道蛋白Z的复合膜。采用制备得到的复合膜处理含染料亚甲基蓝的水溶液，实验压力小于700mbar，对染料亚甲基蓝的截流率大于70%，水通量大于300LMH。实施案例2采用改性后表面带羧基的孔径为500纳米的多孔聚碳酸酯膜为多孔支撑层，利用基因工程技术将水通道蛋白3的基因导入到人胚胎肾细胞，增加水通道蛋白3的表达量，随后将表达水通道蛋白3的人胚胎肾细胞通过超声波破碎仪进行破碎，菌体破碎后采用离心和过滤的方法收集得到尺寸为1微米含水通道蛋白Z的人胚胎肾细胞膜碎片，将收集的细胞碎片重新分散后抽滤到多孔支撑层上，进一步采用浓度二环己基碳化二亚胺溶液进行交联固定15min，增加细胞膜碎片之间及细胞膜碎片与多孔支撑层之间的结合牢固度，得到含水通道蛋白3的复合膜。实施案例3采用改性后表面带正电的孔径为200纳米的聚碳酸酯膜为多孔支撑层，利用基因工程技术将水通道蛋白Z的基因导入到大肠杆菌中，增加水通道蛋白Z的表达量，随后将表达水通道蛋白Z的大肠杆菌通过超声波破碎仪进行破碎，菌体破碎后采用离心和过滤的方法收集得到尺寸为400纳米含水通道蛋白Z的大肠杆菌细胞膜碎片，经测试得细胞膜碎片表面带负电，将收集的细胞碎片重新分散后抽滤到多孔支撑层上，细胞膜碎片与多孔支撑层之间通过静电作用结合在一起，进一步采用浓度为4%的多聚甲醛溶液进行交联固定10min，增加细胞膜碎片之间及细胞膜碎片与多孔支撑层之间的结合牢固度，得到含水通道蛋白Z的复合膜。实施案例4采用改性后表面带氨基的孔径为10微米米的不锈钢网为多孔支撑层，采用离心和过滤的方法收集得到尺寸为10微米的天然的红细胞，天然的红细胞的细胞膜上存在水通道蛋白1，将收集的细胞重新分散后抽滤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于膜蛋白的复合膜，其特征在于，所述的膜蛋白复合膜由含膜蛋白的细胞膜和多孔支撑层组成。

【技术特征摘要】
1.一种基于膜蛋白的复合膜，其特征在于，所述的膜蛋白复合膜由含膜蛋白的细胞膜和多孔支撑层组成。
2.根据权利要求1所述的基于膜蛋白的复合膜，其特征在于，含膜蛋白的细胞膜是指膜蛋白镶嵌或贯穿或包含在细胞膜的磷脂双分子层中。
3.根据权利要求1或2所述的基于膜蛋白的复合膜，其特征在于，含膜蛋白的细胞膜可来自于天然的含有膜蛋白的细胞膜；也可通过基因工程技术使原本没有或含有少量膜蛋白的细胞获得膜蛋白基因或膜蛋白基因增加，进而使没有膜蛋白或膜蛋白含量低的细胞含有膜蛋白或膜蛋白表达量增加。
4.根据权利要求1、2或3所述的基于膜蛋白的复合膜，其特征在于，所述的含膜蛋白的细胞膜尺寸大小从10纳米-10微米，可以是完整细菌或细胞，也可是细菌或细胞破碎后获得的含有膜蛋白的细胞膜或细胞膜碎片或含有膜蛋白的细胞器膜。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的基于膜蛋白的复合膜，其特征在于，所述的含膜蛋白的细胞膜来源于原核细胞或真核细胞，其中原核细胞包括但不仅限于大肠杆菌、农杆菌、枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌，真核细胞包括但不仅限于酵母菌、哺乳动物红细胞、人胚胎肾细胞、蚕豆液泡膜细胞和拟南芥根细胞。
6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的基于膜蛋白的复合膜，其特征在于，所述膜蛋白选自但不...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡云霞，戚龙斌，刘中云，
申请(专利权)人：中国科学院烟台海岸带研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37