[发明专利]一种自抽运仿生膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及仿生膜及其制备方法，更具体地，是一种自抽运仿生膜及其制备方法。

背景技术

生物膜通过活性ATP(三磷酸腺苷)转化时释放的能量，可以主动加速物质交换。到目前为止，主要研究的对象主要集中在用外部设备驱动物质穿透膜材料上，但由于必须依赖于外部设备的驱动，而设备驱动力往往是非永久持续性的，因此会造成膜的不稳定性等一些负面影响，很难真正实现在生物体内的应用。

为了获得不同的促使物质穿透膜的化学能，科学家尝试过建立多种燃料细胞。目前，在水环境下获得的无隔室燃料细胞最受重视，在这种细胞中，两个电极催化阴极和阳极反应的能力不同，能造成电势差且不再需要一个离子交换膜。大多数实验选择葡萄糖作为燃料，设计基于酶的生物燃料细胞获得了重要的优势，然而，这些燃料细胞的电极设计较复杂，制备难度大且不利于节约成本。

作为另一种选择，电渗微泵在生物膜领域已经被广泛的研究和应用，简单的说，其原理就是当一个电场施加在通道上，通道中的表面电荷经受指向通道轴向的力，吸引相反离子，相反离子和流体间的粘滞力导致了流体在通道壁上施加了力，这个力促使物质穿透膜。然而，目前采用电渗微泵仿生膜的效果均不甚理想。

发明内容

本发明目的在于提供一种性能稳定、电极设计简单、环保的自抽运仿生膜及其制备方法。

本发明是通过如下技术手段实现的：针对两电极的反应能力不同，在膜的两侧形成跨膜电势，从而促使离子穿透膜的特点，提供了一种电极设计简单、性能稳定且环保的自抽运仿生膜及其制备方法。

本发明的自抽运仿生膜，包括带孔的高分子仿生膜以及分别沉积在膜两侧表面的成分不同的金属电极层，所述金属电极层通过银胶与金属线连接。

进一步地，本发明的自抽运仿生膜的高分子仿生膜与金属电极层之间进一步沉积有钛吸附层。

选择性地，本发明的自抽运仿生膜中的高分子仿生膜为聚碳酸酯(PC)、聚环氧乙烷(PEO)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯乙酸酯(PVAc)、聚乳酸(PLA)、聚乳酸-乙醇共聚物(PLGA)或聚己内酯(PCL)材质。

选择性地，本发明的自抽运仿生膜中的金属电极层为铂、金、银、铜、铁中的一种。

优选地，本发明的自抽运仿生膜的高分子仿生膜上的孔的直径为0.5～2μm，深度为10～20μm。

优选地，本发明的自抽运仿生膜中的高分子仿生膜的孔隙率为10～15％。

优选地，本发明的自抽运仿生膜中的金属电极层的厚度为5～50nm。

优选地，本发明的自抽运仿生膜中的钛吸附层的厚度为1～10nm。

本发明的制备上述自抽运仿生膜的方法，包括如下步骤：

(1)蚀刻高分子仿生膜：在高分子仿生膜上蚀刻直径为0.5～2μm，深度为10～20μm的孔，使得高分子仿生膜的孔隙率为10～15％；

优选地，所述蚀刻以微米或纳米阵列模板为掩膜，经电子辐照5～10min后，用1～3％的稀盐酸或稀释氨水溶液浸泡1～10min；

(2)沉积金属电极层：通过溅射沉积法在蚀刻好的高分子仿生膜的两侧表面分别沉积成分不同的金属电极层，其中所述金属电极层的厚度为5～50nm；

(3)接线：将金属电极层分别通过银胶与金属线连接，即得到自抽运仿生膜。

本发明的制备自抽运仿生膜的方法，在沉积金属电极层之前先通过溅射沉积法在蚀刻好的高分子仿生膜表面沉积钛吸附层。

按照本发明制备的自抽运仿生膜，利用金属电极间产生的电势差造成膜两侧的跨膜电势，从而促使物质穿透膜，实现特定物质在膜两侧的加速运输，且可利用过氧化氢作为燃料，电极设计相对于现有技术大大简化，为药物输送、过滤以及传感器等领域的研究提供了一个新的视点和广阔的应用前景。

具体实施方式

以下描述本发明的优选实施方式，但并非用以限定本发明。

实施例1：

按照如下方法制备自抽运仿生膜：

(1)蚀刻高分子仿生膜：在高分子仿生膜上蚀刻直径在0.5～2μm的范围内，深度在10～20μm范围内的孔，使得高分子仿生膜的孔隙率为12％，其中，所述蚀刻以微米或纳米阵列模板为掩膜，经电子辐照8min后，用2％的稀盐酸浸泡8min；

(2)沉积金属电极层：采用多靶点喷溅系统在蚀刻好的高分子仿生膜的两侧表面先沉积厚度为5nm的钛吸附层，再在两侧表面分别沉积铂电极层和金电极层，其中所述电极层的厚度为25nm；

(3)接线：将电极层通过银胶与金属线连接，即得到自抽运仿生膜，测得电极间的电阻为0.2MΩ。

实践证明，本发明的自抽运仿生膜因电极反应在膜两侧产生了跨膜电势，短循环的电极允许离子在电极间流动，可形成一个大约1nL/cm²/s的离子流，实现离子在膜两侧的运输以及加速运输，可用于控制自发设备或基于膜的净化系统。本发明的制备自抽运仿生膜的方法工艺简单，操作方便，且成本低。