基于水通道蛋白的仿生膜的制造制造技术

本文提供了制造包含具有蛋白质水通道的蛋白脂质体的膜的方法。该方法可以包括：提供多孔基材，将含有蛋白脂质体的溶液沉积在该多孔基材上，然后使该多孔基材与水性单体溶液和有机单体溶液接触以在包埋蛋白脂质体的多孔基材上形成选择性层。该方法可以包括：沉积水性单体溶液，然后沉积含有蛋白脂质体的溶液，然后沉积有机单体溶液，以形成选择性层。本公开还描述了该膜以及可操作地适应这两种方法的系统。的系统。的系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于水通道蛋白的仿生膜的制造
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2019年1月8日提交的新加坡专利申请No.10201900164Y的优先权，其全部内容通过引用并入本文用于所有目的。


[0003]本公开涉及制造包含具有蛋白质水通道的蛋白脂质体的膜的方法。本公开还涉及这种膜，以及可操作实施该方法的系统。

技术介绍

[0004]由于与日俱增的人口和严重的环境污染，淡水短缺正在恶化。为了生产更清洁的水，使用膜对废水和/或海水进行反渗透(Reverse osmosis，RO)和纳米过滤(Nanofiltration，NF)已经发展了40多年。已开发的商业RO膜和NF膜包括薄膜复合(Thin
‑
film composite，TFC)膜。
[0005]通常，TFC膜可以具有分层结构，其中可在具有织造/非织造层的多孔聚合物基材的顶部形成聚酰胺选择性层。织造/非织造层充当支撑体以增加TFC膜的机械强度。聚酰胺选择性层可能是分离的关键屏障。聚酰胺选择性层通常可以通过界面聚合形成。可以研究和调整聚酰胺层的化学和性质，以用于商业TFC膜，以从废水和海水中生产高质量的饮用水。生产水渗透率高、膜选择性高和/或污染低的高性能TFC膜，减少了化学品消耗、膜面积、运营成本以及能源。
[0006]话虽如此，常规的用于生产聚酰胺TFC膜的方法存在局限性。例如，聚酰胺层的形成可能会损害要掺入膜的水通道蛋白的结构完整性，甚至损坏水通道蛋白。水通道蛋白在所得到的膜中也可能暴露并且得不到适当的保护，这使得在废水处理过程中水通道蛋白容易损坏。一些常规方法可能使用大量的水通道蛋白。
[0007]因此需要提供一种改善上述一个或多个限制的解决方案。该解决方案应至少提供一种制造包含具有蛋白质水通道(例如水通道蛋白)的蛋白脂质体的膜的方法。

技术实现思路

[0008]在一个方面，提供一种制造包含具有蛋白质水通道的蛋白脂质体的膜的方法，该方法包括：
[0009]提供多孔基材；
[0010]将溶液沉积在该多孔基材上，其中该溶液包含蛋白脂质体；及
[0011]使该多孔基材与水性单体溶液和有机单体溶液接触以在包埋该蛋白脂质体的多孔基材上形成选择性层，其中在使该多孔基材与该水性单体溶液和该有机单体溶液接触之前沉积溶液。
[0012]在一个方面，提供一种制造包含具有蛋白质水通道的蛋白脂质体的膜的方法，该方法包括：
[0013]提供多孔基材；
[0014]使该多孔基材与水性单体溶液接触；
[0015]将溶液沉积在该多孔基材上，其中该溶液包含蛋白脂质体；及
[0016]使该多孔基材与有机单体溶液接触以在包埋该蛋白脂质体的多孔基材上形成选择性层，其中在使该多孔基材与该水性单体溶液接触之后、但使该多孔基材与该有机单体溶液接触之前沉积溶液。
[0017]在另一方面，提供一种膜，该膜包含：
[0018]多孔基材，包含沉积在其上的蛋白脂质体，其中该蛋白脂质体具有掺入其中的蛋白质水通道；和
[0019]选择性层，在该多孔基材上形成，其中蛋白脂质体包埋在该选择性层中。
[0020]在另一方面，提供一种用于制造包含具有蛋白质水通道的蛋白脂质体的膜的系统，该系统包括：
[0021]多个辊，可操作地在排放组件下方接收和移动多孔基材，该排放组件可操作地将溶液沉积在多孔基材上，其中该溶液包含蛋白脂质体；和
[0022]接触组件，可操作地使该多孔基材与水性单体溶液和有机单体溶液接触以在该多孔基材上形成选择性层。
附图说明
[0023]附图不一定按比例绘制，而是通常将重点放在说明本专利技术的原理上。在以下的描述中，将参照以下附图描述本专利技术的各个实施方式，其中：
[0024]图1是描绘用于制造掺入水通道蛋白的平片仿生膜(本文称为“基于水通道蛋白的仿生膜”(Aquaporin based biomimetic membrane，ABM))的系统和系统的过程的示意图。图像(A)示出了用于浇铸基材膜的系统和过程。图像(B)是喷淋系统的示意陈列，描绘了一排用于在基材膜上分布蛋白脂质体的喷嘴。图像(C)示出了聚酰胺涂覆系统。图像(D)示出了卷膜机。图像(E)示出了所得的包含仿生膜的螺旋卷式元件；
[0025]图2是用于制备平片ABM的喷淋工艺的示意图；
[0026]图3A示出了1,2
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二油酰基
‑
sn
‑
甘油
‑3‑
磷酰胆碱(DOPC)脂质体的透射电子显微镜(Transmission electron microscopy，TEM)图像。比例尺表示200nm；
[0027]图3B示出了使用DOPC脂质体衍生的蛋白脂质体的TEM图像。蛋白质与脂质的比例(摩尔比)为1:400。比例尺表示200nm；
[0028]图4示出了涂有脂质(顶行)和蛋白脂质体(底行)的膜基材的场发射扫描电子显微镜(Field emission scanning electron microscopy，FESEM)图像。比例尺表示500nm；
[0029]图5示出了掺入脂质(顶行)和蛋白脂质体(底行)的膜基材的FESEM图像。比例尺表示1μm；
[0030]图6A示出了ABM和两种类型的对照膜样品的水渗透率(A)。由圆圈表示的一种对照样品(空白对照)不含脂质和蛋白脂质体。另一种是脂质对照膜，即没有蛋白脂质体，由倒三角形表示。测试条件基于10bar(1MPa)施加的压力，使用10mM NaCl作为进料溶液。基于在本公开的第一方面的各种实施方式中描述的方法制造膜样品；
[0031]图6B示出了经历如图6A所描述的测试条件的图6A中提到的ABM和两种类型的对照
膜样品的溶质截留率(R)。在本公开中，术语“溶质截留率”可以与术语“盐截留率”互换使用；
[0032]图6C示出了经历如图6A所描述的测试条件的图6A中提到的ABM和两种类型的对照膜样品的溶质渗透率(R)；
[0033]图7是用本ABM构建的RO膜(标记为本实施例)和使用常规界面聚合方法构建的常规膜(标记为对比例)的性能比较。“a”表示使用了水通道蛋白突变体；
[0034]图8是示出了图1的系统的一部分(800)的示意图，并且与本文中描述的用于制造包含具有蛋白质水通道的蛋白脂质体的膜的系统的一方面有关。具体地，图8示出了多个辊(802、804)将多孔基材(808)移动到排放组件(806)并移动到排放组件(806)下方以便蛋白脂质体喷淋在其上。然后辊(810、812、814、816)将多孔基材(808)移动到接触组件(818)以在多孔基材(808)上形成选择性层，以及辊(820、822、824)将多孔基材(808)从接触组件(818)移动。如果使用传送组件(未显示)，例如传送带，来移动多孔基材(808)，则不需要辊(802、810、814、820)或辊(804本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种制造包含具有蛋白质水通道的蛋白脂质体的膜的方法，所述方法包括：提供多孔基材；将溶液沉积在所述多孔基材上，其中所述溶液包含蛋白脂质体；及使所述多孔基材与水性单体溶液和有机单体溶液接触以在包埋所述蛋白脂质体的所述多孔基材上形成选择性层，其中在使所述多孔基材与所述水性单体溶液和所述有机单体溶液接触之前沉积所述溶液。2.根据权利要求1所述的方法，其中，沉积所述溶液包括使所述多孔基材在排放组件下方单向移动，所述排放组件将所述溶液沉积在所述多孔基材上。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述多孔基材由聚合物形成，所述聚合物包括聚醚酰亚胺、纤维素酯、聚丙烯腈、聚砜、聚醚砜、聚偏二氟乙烯、醋酸纤维素或其衍生物。4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述多孔基材由无机材料形成，所述无机材料包括碳、钛、氧化铝或陶瓷。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，沉积所述溶液包括喷淋所述溶液以使所述多孔基材的表面被所述蛋白脂质体覆盖。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述溶液包含浓度范围为1mg/ml至100mg/ml的所述蛋白脂质体。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述溶液还包含(i)表面活性剂和/或(ii)盐，其中所述表面活性剂包括：正辛基
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P
‑
D
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葡萄糖苷、正辛酰基蔗糖、正壬酰基蔗糖、正癸酰基蔗糖、正十一烷基
‑
P
‑
D
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吡喃葡萄糖苷、正十一烷基
‑
P
‑
D
‑
硫代葡萄糖苷、正十一烷基
‑
β
‑
O
‑
硫代麦芽糖苷、正十一烷基
‑
P
‑
D
‑
硫代吡喃麦芽糖苷、正十一烷基
‑
β
‑
O
‑
硫代吡喃葡萄糖苷或其组合，其中所述盐包括：氯化钠、氯化镁、磷酸二氢钠或其组合。8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述表面活性剂以0.0002wt％至2wt％范围内的浓度存在于所述溶液中。9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，所述盐以0.001M至0.5M范围内的浓度存在于所述溶液中。10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，使所述多孔基材与所述水性单体溶液和所述有机单体溶液接触包括在将所述多孔基材浸泡在所述有机单体溶液中之前将所述多孔基材浸泡在所述水性单体溶液中。11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，将所述多孔基材与所述水性单体溶液和所述有机单体溶液接触包括：(i)将多官能胺溶解在水溶液中以形成所述水性单体溶液；和(ii)将多官能酰氯或多官能磺酰氯溶解在有机溶剂中形成所述有机单体溶液。12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述多官能胺包括邻苯二胺、间苯二胺或哌嗪。13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，所述多官能酰氯包括均苯三甲酰氯、间苯二甲酰氯(IPC)、5
‑
异氰酸酯
‑
间苯二甲酰氯(ICIC)或5
‑
氯甲酰氧基
‑
间苯二甲酰氯(CFIC)。14.根据权利要求11或12所述的方法，其中，所述多官能磺酰氯包括1,5
‑
萘
‑
双磺酰氯、1,3
‑
二甲基2
‑
咪唑烷酮或1,3
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二氧代
‑
1,3
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二氢异苯并呋喃
‑5‑
磺酰氯。15.根据权利要求1至14中任一项所述的方法，还包括在使所述多孔基材与所述水性单体溶液和所述有机单体溶液接触之前干燥其上沉积有溶液的所述多孔基材。
16.一种制造包含具有蛋白质水通道的蛋白脂质体的膜的方法，所述方法包括：提供多孔基材；使所述多孔基材与水性单体溶液接触；将溶液沉积在所述多孔基材上，其中所述溶液包含蛋白脂质体；及使所述多孔基材与有机单体溶液接触以在包埋所述蛋白脂质体的所述多孔基材上形成选择性层，其中在使所述多孔基材与所述水性单体溶液接触之后、但使所述多孔基材与所述有机单体溶液接触之前沉积溶液。17.根据权利要求16所述的方法，其中，沉积所述溶液包括使所述多孔基材在排放组件下方单向移动，所述排放组件将所述溶液沉积在所述多孔基材上。18.根据权利要求16或17所述的方法，其中，所述多孔基材由聚合物形成，所述聚合物包括聚醚酰亚胺、纤维素酯、聚丙烯腈、聚砜、聚醚砜、聚偏二氟乙烯、醋酸纤维素或其衍生物。19.根据权利要求16或17所述的方法，其中，所述多孔基材由无机材料形成，所述无机材料包括碳、钛、氧化铝或陶瓷。20.根据权利要求16至19中任一项所述的方法，其中，沉积所述溶液包括喷淋所述溶液以使所述多孔基材的表面被所述蛋白脂质体覆盖。21.根据权利要求16至20中任一项所述的方法，其中，所述溶液包含浓度范围为1mg/ml至100mg/ml的所述蛋白脂质体。22.根据权利要求16至21中任一项所述的方法，其中，所述溶液还包含(i)表面活性剂和/或(ii)盐，其中所述表面活性剂包括：正辛基

【专利技术属性】
技术研发人员：王蓉，齐萨仁，李晔，
申请(专利权)人：南洋理工大学，
类型：发明
国别省市：