[发明专利]柔软的自立性的蛋白质纳米薄膜、其制造方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种不仅能够迅速而且简单地分离(或者浓缩)分子量大的分子，而且能够迅速而且简单地分离(或者浓缩)分子量比较小的分子(约1000左右)的“柔软的自立性的超薄(纳米)的或者薄的蛋白质薄膜”。本发明还涉及上述蛋白质膜的制造方法或者上述蛋白质膜的应用。

背景技术

目前，膜(membrane)实际上正在广泛地被应用：从海水制造饮料水、工业废水的净化、贵重成分的回收、食品·医药品产业中的高分子混合物的浓缩、精制或者分馏，以及气体或蒸气的分离。膜也是能量转化系统、人体器官或者给药(医药输送)装置中重要的构成要素。但是，因为制备具有高选择性、分离物质的纯度高、操作的成本低、以及透过性高这些优选的组合的膜(即，不仅膜的流量高，而且还要削减膜面积和制造成本)是困难的，所以分离操作中的膜的广泛使用受到制约。膜的高流量(flux)是决定膜系统的成本的关键的基本性能。但是不幸的是，以前的聚合物膜材料随着选择性增加，透过性会无一例外地减少，反之也是一样。此外，如果为了提高流量而减少膜的厚度，膜的稳定性也会急剧减少。为了组合聚合物的机械伸缩性和操作性与空间上严密的沸石孔的尺寸选择性，克服上述的制约，有人尝试过在有机聚合物中添加微米级的多孔性沸石粒子(Lai，Z.P.et al，2003)。但是，由于聚合物/沸石的粘接性低、不合适的粒子分散以及膜的低流量(低flux)而这个方向的商业化受到了阻碍。

具有特殊结构和形态的新型纳米结构材料的发展，对用于气体分离的具有能够高度控制的选择性和透过性的膜的制备提供了有力的工具(Lai，Z.P.et al，2003；De Vos，R.M.et al，1998；Merekel，T.C.et al，2002；Shiflett，M.B.et al，1999)。时至今日，大部分的纳米复合膜厚度都大于100nm，具有支撑层，这极大地限制了膜的流量(flux)、分离效率和大规模的应用(特别是液体分离系的应用)(Holt，J.K.et al，2006；Jirage，K.B.et al，1997)。超薄(数十nm左右的厚度)的自立性的膜到目前有几篇报告(Yang，H.et al，1996；Mamedov，A.A.et al，2002；以及其他)，其用于传感器(sensor)和制动器(actuator)。但是，可能是由于功能性和作业性的缺陷，所以没有关于它们的分离操作的报告。只是，作为例外，也只有Striemer及其共同研究者报告(Striemer.C.C.et al，2007)过在根据尺寸的巨大分子的分离中使用超薄纳米膜的最初的例子中，使用了通过精确的硅沉积和蚀刻技术以及高温(约700℃)热退火工艺制造的厚度为15nm的自立性硅膜。

本发明人们的研究室利用单纯的过滤和剥离技术开发出了大规模且超薄的自立性中孔膜的一般合成法，所述中孔膜具有由负电荷的色素分子(参照非专利文献1)、DNA(参照非专利文献2)、或者正电荷的金属氢氧化物纳米链(参照非专利文献3)生成的纤维性纳米复合结构。但是不幸的是，因为金属氢氧化物纳米链的化学稳定性低，所以这些纤维性纳米复合膜较脆并且容易破坏。因此，使用(聚苯胺或者聚吡咯等的)共轭聚合物涂覆纳米链，生成中孔超薄膜，所述中孔超薄膜在生理条件下可尺寸选择性地分离蛋白质(Peng，X.S.et al，2007)。但是，这样的膜，在低于pH4的酸性溶液条件下不能够支撑(自身)。

非专利文献1：Luo，Y.-H.，Huang，J.，Ichinose，I.“氢氧化镉纳米链和阴离子染料的束状聚集(Bundle-like assemblies of cadmium hydroxide nanostrandsand anionic dyes)”J.Am.Chem.Soc.127，8296-8297(2005).

非专利文献2：Ichinose，I.，Huang，J.，Lou，Y.-H.“使用氢氧化镉纳米链进行双链DNA的静电捕捉(Electrostatic trapping of double-strand DNA by usingcadmium hydroxide nanostrands)”Nano Lett.5，97-100(2005).

非专利文献3：Ichinose，I.，Kurashima，K.，Kunitake.T.“水中氢氧化镉纳米链的自发形成(Spontaneous formation of cadmium hydroxide nanostrands inwater)”J.Am.Chem.Soc.126，7162-7163(2004).