[发明专利]一种在聚合物微孔膜表面固定生物分子的方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚合物微孔膜表面改性技术领域，尤其涉及一种在聚合物微孔 膜表面固定生物分子的方法。

背景技术

膜技术是一项新型高效的分离技术，具有节约能源、环境友好等优点，是 解决人类所面临的水资源、环境、能源等领域重大问题的共性支撑技术之一， 被广泛应用于水处理、化工分离、食品饮料纯化、生物医药、医疗等领域。膜 材料是膜技术的核心，膜材料的性质直接影响着膜的物化稳定性和分离性能， 近代高分子科学的发展开发出具有不同特性的高分子膜材料，为膜技术的研究 和发展提供了原料基础。事实上，目前绝大多数膜技术依赖于有机高分子膜， 常用的高分子膜材料主要有改性纤维素类，聚烯烃、聚砜类、聚酰胺、聚碳酸 酯、聚丙烯腈类、丙烯酸共聚物和含氟聚合物等。

对于大多数合成高分子膜而言，膜材料本身具有较强的疏水性，可润湿性 差，这使其在水相分离体系中存在以下突出问题：(1)膜的疏水性使水需要克 服较高的阻力才能透过膜，膜传质驱动力大，能耗高；(2)在有机物/水分离体 系中(尤其是含蛋白质或活性生物体的溶液)，强疏水性易引起有机物和胶体在 膜表面和膜孔内吸附，形成严重的膜污染，劣化膜的性能，缩短膜的使用寿命。 此外，合成高分子膜材料血液相容性和组织相容性不佳，在用于蛋白质过滤、 血液净化或组织工程等场合时，可能引起蛋白质吸附、血小板粘附、凝血或细 胞排斥反应、炎症等问题，这些问题阻碍了膜材料在生物医用领域的推广应用。 因此，为了改善膜的表面物化性质，赋予膜更优的性能，拓展其应用范围，对 高分子膜进行表面改性与修饰就显得尤为重要。

关于聚合物微孔膜表面改性的报道有很多，其主要方法可以分为两大类： 物理改性和化学改性。物理改性方法主要包括表面涂覆和共混，表面涂覆通常 是将表面活性剂(如F127)、亲水性聚合物或小分子有机质(如乙醇、甘油等) 涂覆在膜表面和膜孔壁，如中国专利CN1704152公开了一种在聚四氟乙烯微孔 膜表面涂覆聚乙烯醇、壳聚糖、海藻酸钠等亲水性聚合物，实现了膜表面亲水 改性的方法。这种方法虽然可以在一定程度上改善膜的表面性能，但这些改性 剂易溶于水，在膜使用过程中容易流失，得不到持久的改性效果。提高改性涂 覆层的作用力往往需要增加复杂的操作步骤或者方法，如中国专利 CN101462024提出在复合膜的聚酰胺致密层表面依次涂覆PVA溶液、含有交联 剂及催化剂的溶液，然后再高温交联形成高交联度的PVA抗污染层，以此提高 界面作用力，但涂覆层会对膜微孔结构造成一定的影响，改性膜渗透性能有所 下降。共混是一种简单方便的膜改性方法，通常是在成膜配方中加入一些小分 子或水溶性低分子量添加剂(如PEG、PVP等)，如美国专利US2005164025报 道了一种采用羟烷基纤维素和聚偏氟乙烯(PVDF)共混制备亲水性超滤膜的方 法，所得改性膜在干、湿状态下都具有一定的亲水性，该方法的缺点是所采用 的添加剂易溶于水，在膜制备和应用过程中容易流失，因而更多是起到致孔剂 的作用。化学改性有表面处理(如臭氧处理)、辐照、接枝、界面聚合和表面交 联等，辐照等表面处理法要么效率较低，要么设备复杂，不易实现连续化生产， 而且形成的极性基团小，这些基团随高分子链段的运动迁移到膜表面以下，改 性效果随时间逐渐衰减；臭氧化或低温等离子体处理引发表面接枝可以实现膜 的持久亲水性，如日本专利JP62262705A通过低温等离子体处理引发，在聚烯 烃和PVDF膜表面接枝甲基丙烯酸酯类、丙烯酰胺类亲水单体，制备了亲水性 血浆分离膜。然而，这些方法所采用的设备复杂，改性需多步进行，稳定性和 安全性不佳；UV、高能粒子辐照处理可能切断聚合物分子链，破坏膜的本体结 构，损害膜的分离性能和机械强度。因此，为克服现有方法的不足，需要开发 更经济、更高效、操作更简单方便的方法来实现聚合物微孔膜的表面改性。