[发明专利]3-氨丙基三甲氧基硅烷-氮川三乙酸/聚偏氟乙烯金属亲和膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高分子材料的制备方法，特别是聚偏氟乙烯材质金属亲和膜的制备方法。

背景技术

亲和色谱技术是在深入分析生物分子特异性反应的基础上，发展起来的一种功能蛋白分子的分离与纯化技术。亲和色谱技术主要依赖于其所载带的官能基团对生物分子的共价键合作用，从而对生物大分子具有识别功能，进而实现对生物大分子的分离与纯化，其平均纯化效率是常规色谱技术的几十倍。但亲和色谱技术不能在较高流速下充分有效地利用其功能配位基团，并且其存在压头损失高、传质阻力大的缺陷。膜分离技术具有设备简单、常温操作、无相变及化学变化、选择性高及能耗低等优点，近几十年膜分离技术获得快速发展，已在医药和生化等行业得到较为广泛的应用。但通常情况下，膜分离技术是通过分子量差异来实现物质的分离和纯化，并且仅对分子量相差十倍以上的物质才具有明显的分离效果。目前，用于生物大分子分离和纯化的膜分离技术主要有超滤、纳滤和反渗透，这些膜分离系统存在有机污染严重、处理成本高等缺陷，因而未能得到广泛应用。基于上述分析可见，亲和色谱技术和常规膜分离技术在生物大分子分离和纯化领域，各有优缺点。与亲和色谱技术和常规膜分离技术相比较，亲和膜分离技术有效融合了亲和色谱技术与膜分离技术的优点，其不仅对生物大分子具有优良的识别功能，对生物分子分离和纯化的选择性好，并且借助分离膜渗透性好的优点，能在较高流速和较低操作压下快速分离和纯化生物大分子，故而亲和膜分离技术具有吸附容量大、选择性和分离效率高、操作简便、成本低廉、再生利用性能好等优点。

在亲和膜分离技术中，固定化金属亲和膜是实现生物大分子分离和纯化的有效方法之一，首先其借助亲和膜的功能配位基团吸附过渡金属离子，并使金属离子的配位数小于6，从而确保金属离子有空余的配位点与生物分子中含有氮、氧原子的基团发生螯合配位作用，有效实现对生物分子的吸附；同时金属亲和膜在咪唑、氯化钠溶液中又能脱附吸附的生物分子，从而实现了生物大分子的分离和纯化。目前，用作金属亲和膜基质的材料主要有琼脂糖凝胶、磁纳米粒子、聚丙烯酰胺凝胶、多孔硅胶、二氧化硅、壳聚糖、陶瓷、纤维素，这些材料的分子结构含有羟基、氨基、羧基等活性基团，能有效吸附金属离子，进而分离和纯化生物大分子，但其机械强度和化学稳定性较差、并且其存在易使亲和膜的孔径和孔隙分布不均匀，不能较好地满足亲和膜的应用要求。

聚偏氟乙烯(PVDF)是一种白色粉末状半晶型均聚物，其抗微生物作用显著、化学稳定性好，并且其耐温、耐化学药剂腐蚀、耐有机溶剂溶解特性优良，是一种理想的金属亲和膜制备材料。但常规聚偏氟乙烯微滤分离膜却不能有效实现对蛋白质等生物分子的分离和纯化，因此必须对其进行改性。针对水体中蛋白质等生物大分子的吸附去除和回收利用，聚偏氟乙烯分离膜研究重点应是在膜中引入具有适宜螯合配位点的吸附官能基团，使其与金属离子形成配位数小于6的金属络合物，借助金属离子的剩余配位点与蛋白质等生物分子发生化学键合配位作用，实现其对水环境中生物大分子污染物的吸附去除和资源化回收利用。目前，金属亲和膜载带的金属离子主要有Cu²⁺、Zn²⁺、Fe²⁺ 、Ni²⁺等，并且亲和膜载带的吸附配体主要有亚氨基二乙酸，N,N,N'-三(羧甲基)乙二胺、氮川三乙酸等，这些配体官能基团的分子结构中含有可提供孤对电子的N、O原子，其与金属离子螯合配位能形成结构稳定的配合物，进而实现对生物蛋白大分子的分离和纯化。在上述配体中，亚氨基二乙酸是三配位体，其与金属离子之间的作用力较弱，亲和膜载带的金属离子易脱附；N,N,N'-三(羧甲基)乙二胺是五配位体，其与金属离子的作用力较强，但其仅剩余一个配位吸附点与蛋白质等生物大分子作用，故而其对生物大分子的作用力较弱，从而降低了其分离和纯化效率；氮川三乙酸与金属离子发生四配位吸附键合作用，并且能提供两个吸附点位与蛋白质等生物分子发生共价键合作用，因而氮川三乙酸与金属离子能形成结构稳定的金属配合物，并且形成的金属配合物对蛋白质等生物大分子又有较强的配位键合作用，从而保证了其对生物大分子具有优良的吸附性能。氮川三乙酸是一种理想的亲属亲和膜载带配体，但将其直接共混或接枝到聚偏氟乙烯分离膜中较为困难，目前也尚未有相关的研究报道。

发明内容