[发明专利]基于功能蛋白的复合膜

说明书

本发明涉及基于功能蛋白的复合膜及其制备方法，所述的复合膜由镶嵌功能蛋白的聚电解质活性层和支撑层组成，其中功能蛋白作为功能单元，在层层组装制备聚电解质活性层的过程中，直接镶嵌到形成的网络结构中，并通过交联固化提高其在活性层中的结合牢固度。所述的制备方法操作过程简单，提高了功能蛋白在复合膜中的嵌入量。所述的功能蛋白复合膜，在水处理和膜分离领域中具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及功能蛋白复合膜技术领域，具体涉及一种由含功能蛋白的聚电解质活性层组成的复合膜及制备方法，可用于海水淡化、污水处理、染料脱除、食品加工、生物医药和疾病治疗等领域。

背景技术

淡水资源极度匮乏、能源缺口迅速扩大和环境污染日趋严重是当今制约人类文明健康及可持续发展的重要瓶颈。膜分离技术因其高效、节能、环保等优点，在污水处理、海水淡化等领域受到广泛应用。然而目前分离膜在制备及应用过程中，其通量和截留率之间存在“trade-off”效应，即提高分离膜的通量会降低膜的分离精度，而提高膜的截留率又会降低膜的通量。因此，如何打破传统分离膜存在的“trade-off”效应，同时提高膜的通量和截留率，制备高性能分离膜成为当今分离膜领域的前沿课题。

在神奇的自然界，构成生命体基本功能单元的细胞膜给获得高渗透性和高选择性的分离膜提供了有价值的启示。20 世纪80 年代中期，美国科学家彼得·阿格雷发现了细胞膜水通道蛋白蛋白，探明了水以高通量与高选择性方式透过细胞膜并非是简单的自由扩散过程，而是通过细胞膜上的一类功能蛋白完成的。具体来说，一个水通道蛋白AQP1分子每秒钟可以传输的水分子数量可高达30亿个（大约 10¹⁴ cm³/s），同时能够阻挡其它几乎所有的小分子和离子等组分（包括质子H⁺）。这一发现为制备高水通量分离膜提供了新思路。2007年，瑞士科学家Meier W.和美国科学家Kumar M.等人首次将水通道蛋白AqpZ嵌入嵌段共聚物微囊，研究微囊的水通透性和截盐效果，从此开启了水通道蛋白AqpZ作为功能单元构建生物功能仿生分离膜研究的序幕（Proceedings of the National Academy ofSciences of the United States of America, 2007, 104, 20719-20724）。随后，丹麦水通道蛋白有限公司通过将功能蛋白首先引入到磷脂双分子层中或微囊中然后引入到基底膜上，制备含功能蛋白复合膜（CN201180060877.4，CN201110008858.9，CN200680034784.3）。专利CN201280057206.7通过将功能蛋白包裹进磷脂双分子层微囊，然后将含水通道蛋白的微囊加入间苯二胺(MPD)溶液中，以期通过和均苯三甲酰氯(TMC)单体交联植入到界面聚合制备的聚酰胺分离层来提高复合膜的分离效果。专利CN201310454532.8和专利CN201410012030.4将功能蛋白嵌入含氨基的磷脂双分子层，并将带氨基的微囊表面通过共价键或静电吸附引入到多巴胺修饰的基底或表面带负电的基底上，制备功能蛋白复合膜，提高分离膜的性能。

到目前为止，基于功能蛋白复合膜的公开专利和文献中制备功能蛋白复合膜的方法都是将功能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。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功能蛋白的支撑结构，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功能蛋白含量较少，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功能蛋白仿生分离膜水通量的大幅提高。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于功能蛋白的复合膜及其制备方法，利用层层组装技术，在组装过程中直接将功能蛋白嵌入到由聚阴阳离子电解质交替沉积形成的聚电解质活性层网络中，提高功能蛋白的嵌入量，进而提高功能蛋白复合分离膜的性能。本发明提供如下的技术方案：