[发明专利]稳定化过滤装置

说明书

大分子膜结构(2)包含具有水引导整合膜蛋白(IMP)(1)的膜(3)并在第一表面上被二氧化硅层(4)包被。所述二氧化硅层(4)在维持所述水引导IMP(1)的水引导功能时稳定所述大分子膜结构(2)和所述水引导IMP(1)。由于这种稳定化，所述大分子膜结构(2)可在过滤装置(5)中用于多种过滤操作，包括水纯化。

技术领域

本发明总体上涉及大分子膜结构和包含这种大分子膜结构的过滤装置及其在例如水过滤中的应用。

背景技术

洁净水的可及性由联合国确定为一项人权。然而，数亿人无法接触洁净的饮用水且处于暴露在他们的饮用水中的污染物质的中毒水平的直接危险中。

水处理包括饮用水纯化和废水处理，其中两项工艺通常都包括若干处理步骤以达到期望的纯度水平。过滤常常应用在这些工艺中，例如，用来防止饮用水中不期望的化合物和限制通过废水排放施加到海洋生态系统的污染程度。

水处理中使用的过滤器可分为两大类：尺寸排阻过滤器和溶液-扩散过滤器。尺寸排阻过滤器具有一定的孔隙尺寸，并因此防止大于该孔隙的物质进入滤液，在本领域也叫渗透物。这些过滤器的局限是孔隙尺寸不能调整到足够小的直径以阻止，例如钠和氯离子，穿过过滤器，这是从海水中生产饮用水(即脱盐)所需要的。由于可用且足够纯净的淡水量减少，从海水中生产饮用水正变得越来越普遍。溶液-扩散过滤器在脱盐中至关重要，它常常通过反渗透(RO)进行。RO过滤器的选择层通常由在界面聚合法中形成的薄膜复合材料(TFC)聚合物膜组成。通过TFC膜的水过滤是基于溶液-扩散机制，其中水首先在高化学势的一侧分子溶解于聚合物基质，由此水通过聚合物沿着化学势梯度扩散，以最终在低化学势的一侧解吸。为了克服参与的渗透压，使用泵驱动过滤过程。限速步骤是通过聚合物基质的扩散，其可以选择性降低为代价来改善。因此，溶液-扩散过滤器受制于次优的水扩散速率，并且为此需要大量能量来纯化水。

蛋白工程和纳米技术的进展开拓了利用仿生进行高选择性水处理的可能性。该方法背后主要的驱动力是将高选择性与高通量组合的潜能，这用合成TFC膜是不可能的。由于生物组分比如水通道蛋白在它们的天然环境外稳定性有限，基于仿生的过滤器的开发已证实是有问题的。因此为了生产现实世界使用中足够稳定的仿生过滤器，探索出了不同方法。为了稳定水通道蛋白探索的一种方法是将含水通道蛋白的支撑脂质双层(SLB)或脂蛋白体(proteoliposome)沉积到多孔支撑体上。从科学产出来判断，目前最普遍的方法是基于将水通道蛋白插入两亲性嵌段共聚物(BCP)双层。水通道蛋白也已用其他有机分子比如bola型两亲分子(bolaamphiphile)，并在两步法中稳定，在所述两步法中两亲性肽用于最初的水通道蛋白稳定化，之后为后续的聚合稳定化。

US 9,943,812涉及稳定性和耐久性增强的过滤结构，该结构包括多孔支撑体，其中包括膜蛋白的大分子膜结构彼此固定且用接头固定在支撑孔壁上。

WO 2010/040353涉及生产膜或薄织物以在流体间选择性地运输和/或过滤化合物的方法。该文献公开了掺入聚合囊泡的天然的或基因工程改造的蛋白，所述聚合囊泡与丝线缀合以形成囊泡-丝线缀合物。

WO 2015/144724公开了一种过滤膜，其包含多孔支撑体和共价键合到其表面的层，该层包含其中掺有跨膜蛋白的多个囊泡。所述囊泡由两亲性嵌段共聚物形成，且所述囊泡共价连接在一起以形成粘附的团块。

WO 2010/091078公开了一种包括聚合脂蛋白体的纳米制造膜。该纳米制造膜是生物纳米融合的选择性膜，使用具有化学活性生物相容性的间质基质的掺杂蛋白的UV-可交联脂质体。