《新型有機-無機雜化納米膜的製備與界面選擇性吸附研究》是依託東北大學，由張霞擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：新型有機-無機雜化納米膜的製備與界面選擇性吸附研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張霞
- 依託單位：東北大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本項目將表面功能化無機納米微粒均勻填充在聚合物膜孔內，藉助於納米微粒的表面電荷效應、膜孔尺寸的篩分效應以及納米微粒表面鍵合的親和基團，實現對蛋白分子的選擇性吸附，發展一類新型的有著套用前景的有機-無機雜化膜吸附材料。主要研究內容包括：探究無機納米微粒的表面修飾及鍵合親和基團對於不同蛋白分子選擇性吸附性能的影響規律；製備結構可控的有機-無機功能微粒雜化納米膜。將金屬有機鹽的溶膠凝膠過程與聚合物相轉換流延成膜過程相結合，利用金屬鹽的凝膠與聚合物形成互穿網路結構，使得無機納米微粒均勻的分散於聚合物膜孔內，實現對聚合物本體的改性。控制膜孔的尺寸，納米微粒的表面極性以及表面功能化；探討有機-無機功能微粒雜化納米膜對於不同蛋白分子的選擇性吸附分離性能，尋找最佳的吸附分離條件以及表面改性辦法，並探究蛋白分子的選擇性吸附機理；考察複合膜的物理化學穩定性、自潔淨功能以及抗污染能力。
結題摘要
蛋白質在固體表面吸附是複雜過程，研究蛋白質在不同固/液界面的吸附規律，實現蛋白質的特異性吸附，是蛋白質分離工程的重要研究課題。我們選擇三種具有良好生物相容性的納米粒子：TiO2，ZrO2和ZnO作為固相吸附劑，優選不同類型的有機分子：含有羧基的油酸（OA）；含有氨基的3-縮水甘油氧基丙基三甲氧基矽烷（GPTMS）、3-氨基丙基三乙氧基矽烷（APTES）以及色氨酸（Trp）對納米顆粒表面進行修飾，以牛血紅蛋白（BHb）和牛血清白蛋白（BSA）為吸附對象，系統研究了表面功能化納米粒子的結構、吸附規律及吸附選擇性。 單一納米粒子對於BHb和BSA均表現為非特異性吸附。表面功能化後，TiO2和ZnO對於BHb表現出增強的吸附性能，同時對於BSA的吸附活性明顯下降。單一TiO2對BHb和BSA的平衡吸附量分別為97.89和50.75 mg/g；而OA-TiO2對BHb和BSA的吸附量為192.78 和35.50 mg/g。以BHb和BSA混合溶液為吸附對象，表面功能化的TiO2和ZnO對於BHb均表現出良好的選擇性吸附性能。化學吸附與靜電作用在選擇性吸附中發揮重要作用。與BSA相比較，BHb表面存在更多的組氨酸殘基，可以與納米粒子表面的-COOH或-NH2通過醯胺鍵化學吸附在納米粒子表面；而BSA的吸附以靜電吸附為主，且由於有機分子表面修飾改變了納米粒子表面zeta電位，使得靜電斥力為主要作用力，抑制了BSA的吸附。與TiO2和ZnO的吸附行為不同，表面修飾後的APTES-ZrO2對BSA 和BHb的吸附容量均增強。特別的是，改變體系pH值到9.0，可以將APTES-ZrO2表面吸附的77.43%的BSA洗脫。此結果表明，單純依靠改變溶液pH值，可以容易實現BSA在APTES-ZrO2表面的吸附-脫附。 我們將表面功能化APTES-ZrO2和OA-TiO2粒子與PVDF膜共混，套用溶致相轉換方法製備了雜化膜, 納米粒子沉積在膜孔內表面以及膜表面，並影響著PVDF膜的孔徑結構。以BSA和BHb為研究對象，系統探討了不同時間、pH值條件、納米粒子負載量、鹽濃度以及蛋白質初始濃度等對雜化膜吸附效率的影響, 並對吸附過程進行了動力學和熱力學分析。與PVDF原膜相比，納米粒子的雜化使得膜對蛋白質的吸附活性增強。以BSA和BHb的混合溶液為吸附對象，雜化膜可以實現BHb的選擇性吸附分離.
