專利名稱：一種溫敏性紙基膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以紙為基膜制備溫敏性分離膜的制備方法。
背景技術(shù)：
作為一種新穎的分離、提純技術(shù)，膜色譜較傳統(tǒng)的柱色譜具有大量的優(yōu) 點(diǎn)，如低壓降、大吸附量、傳質(zhì)快、易于放大等。膜色譜的工作原理是采用 具有一定孔徑的膜作為介質(zhì)，連接配基，利用膜配基與蛋白質(zhì)等目標(biāo)分子之間 的相互作用進(jìn)行分離純化。因此膜材料是決定膜色譜分離效果的關(guān)鍵因素。
常用的色譜膜材料有改性纖維素、殼聚糖以及其改性物等天然基高分子 材料和聚砜、聚酰胺等人工合成高分子材料。由于人工合成高分子材料多為 單一的均聚物，且絕大多數(shù)聚合物膜為僧水性的，易導(dǎo)致生物街產(chǎn)生(膜污 染)。
纖維素類是資源豐富的天然高分子化合物，且親水性和生物相容性好， 以其為膜基材有望減少膜污染。濾紙是利用纖維制成的，具有多孔形態(tài)結(jié)構(gòu)，
被廣泛用作過濾介質(zhì)，且具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，可作為膜介質(zhì)。EliRuckenstein 等人(Wei Guo， Eli Ruckenstein. Separation and purification of horseradish peroxidase by membrane affinity chromatography. Journal of Membrane Science 211 (2003) 101 111)曾以濾紙為基材制得親和膜色譜，用于山葵過氧化酶等生 物大分子的分離純化。另外，Deqiang Yu等人(D叫iang Yu， Xiaonong Chen， Robert Pelton, Raja Ghos. Paper-PEG-Based Membranes for Hydrophobiclnteraction Chromatography: Purification of Monoclonal Antibody. Biotechnology and Bioengineering, 2008, 99 (6): 1434~1442 )將PEG接枝到濾紙 上，制得了疏水色譜膜，利用在鹽析效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了對hlgGl-CD4的吸附和淋洗 分離純化。這些研究表明濾紙可作為分離膜的基材。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在制備一種新型紙基分離膜，該分離膜僅通過溫度的改變實(shí)現(xiàn) 蛋白的吸附和淋洗脫附，從而達(dá)到分離純化目的。這種膜的工作原理是在相 對較高溫度下從水介質(zhì)中吸附蛋白，而在較低溫度下淋洗使蛋白脫附。因此，在濾紙基膜上接枝溫敏性聚合物是獲得這種膜的關(guān)鍵。本發(fā)明的接枝聚合物
是聚N-異丙基丙烯酰胺及其共聚物，這些聚合物的溫敏轉(zhuǎn)變溫度介于5-32。C之 間。由于接枝后保留了濾紙的多孔結(jié)構(gòu)，因此這種膜具有運(yùn)行壓降小的優(yōu)點(diǎn)， 且生物相容性好(抗污染)、材料易得、成本低、不污染環(huán)境、設(shè)備操作簡單。
上述紙基蛋白色譜分離膜的制備方法包括以下工藝步驟
1、 基質(zhì)膜的處理
將濾紙基膜用去離子水浸泡、清洗后干燥，裁剪成適宜尺寸后放入氮?dú)?氣氛的反應(yīng)器中。
2、 單體溶液的配制
單體溶液的配制單體溶液以經(jīng)氮?dú)庵脫Q過的酮和去離子水的混合物為
溶劑，兩者的質(zhì)量比為0.5 2 : 1， N-異丙基丙烯酰胺或者N-異丙基丙烯酰胺 與丙烯酸酯的共聚物為溶質(zhì)，總的單體質(zhì)量濃度為3% 30%，在該溶液中加 入單體質(zhì)量0.5-3%的光敏劑(例如二苯甲酮，但不局限于二苯甲酮)。
3、 接枝聚合
將配好的單體溶液加到濾紙上，使濾紙完全潤濕。用紫外光照射以引發(fā) 接枝聚合。
4、 分離膜的后處理
反應(yīng)結(jié)束后用丙酮和蒸餾水的混合溶液浸泡、洗滌所得聚合物接枝濾紙 膜，以除去未聚合單體、殘余光敏劑。最后，將接枝聚合物的濾紙干燥。
本發(fā)明提供的紙基色譜分離膜對蛋白質(zhì)的分離過程在溫度高于聚N-異 丙基丙烯酰胺(PNIPAM)或其共聚物的低臨界溶解溫度(LCST)時(shí)，接枝 鏈處于疏水狀態(tài)，與蛋白質(zhì)的疏水基團(tuán)發(fā)生疏水相互作用，吸附蛋白質(zhì)；而 當(dāng)溫度低于接枝鏈的LCST時(shí)，接枝鏈變得親水，與蛋白質(zhì)的疏水相互作用消 失，蛋白質(zhì)發(fā)生解吸附。利用不同蛋白質(zhì)疏水性的差異，即接枝鏈?zhǔn)杷嗷?作用力的差異，實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)分離。
本發(fā)明具有以下效果
1、本發(fā)明制得的紙基色譜分離膜所采用的濾紙是親水性天然材料，具有 很好的生物相容性，降低蛋白質(zhì)的變性風(fēng)險(xiǎn)和膜污染風(fēng)險(xiǎn)。2、 紫外光引發(fā)接枝聚合能控制接枝率，保持了膜的多孔結(jié)構(gòu)，從而使膜 具有低的運(yùn)行壓降和高通量。
3、 本發(fā)明制得的紙基分離膜通過控制接枝鏈組成及其溫敏轉(zhuǎn)變溫度，可 在較低溫度下實(shí)現(xiàn)蛋白吸附，從而節(jié)約能耗，并且降低蛋白變形風(fēng)險(xiǎn)。
4、 蛋白吸附時(shí)無須高鹽水介質(zhì)，分離過程更為環(huán)保。
5、 濾紙基材易得、成本低。


圖1是實(shí)例1電鏡照片； 圖2是實(shí)例2電鏡照片； 圖3是實(shí)例6電鏡照片。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施實(shí)例1:
本實(shí)例中采用分析濾紙(杭州特種紙業(yè)有限公司的定性分析濾紙)為基
質(zhì)膜，通過紫外光引發(fā)接枝聚合，在基質(zhì)膜表面接枝聚N-異丙基丙烯酰胺鏈。
具體步驟如下
1. 裁剪10X10厘米濾紙置于透光且已充氮的反應(yīng)器中；
2. 配制單體溶液，單體溶液以經(jīng)氮?dú)庵脫Q過的丙酮和去離子水的混合物 (丙酮1.6g，去離子水1.3g)為溶劑，以N-異丙基丙烯酰胺(0.25g)為溶質(zhì)，單
體濃度為7.9%，光敏劑為二苯甲酮(0.005g)。
3. 用注射器將配好的溶液注射到濾紙上，使濾紙完全潤濕，進(jìn)行聚合反 應(yīng)。照射時(shí)間為10分鐘。
4. 反應(yīng)結(jié)束后用丙酮和去離子水的混合溶液浸泡、洗滌濾紙，再用去離 子水反復(fù)浸泡，以除去未聚合單體、殘余光敏劑。
5. 最后，將濾紙自然晾干后于6(TC干燥箱中烘干，再放置至室溫后稱重， 計(jì)算接枝率為4.2°/。 (wt)。接枝聚合物的溫敏轉(zhuǎn)變溫度(LCST)為32'C 。
本實(shí)例制得的分離膜表面多孔結(jié)構(gòu)如圖1電鏡照片所示 實(shí)施實(shí)例2:
本實(shí)例中采用濾紙與實(shí)例l相同，通過紫外光引發(fā)接枝聚合，在基質(zhì)膜表
面接枝聚N-異丙基丙烯酰胺鏈。具體步驟如下1. 裁剪10X10厘米濾紙置于透光且己充氮的反應(yīng)器中；
2. 配制單體溶液，單體溶液以經(jīng)氮?dú)庵脫Q過的丙酮和去離子水的混合物
(丙酮1.2g，去離子水1.0g)為溶劑，以N-異丙基丙烯酰胺(0.5g)為溶質(zhì)，單 體濃度為18.5%，光敏劑為二苯甲酮(O.Olg)。
3. 用注射器將配好的溶液注射到濾紙上，使濾紙完全潤濕，進(jìn)行聚合反 應(yīng)。照射時(shí)間為15分鐘。
4. 反應(yīng)結(jié)束后用丙酮和去離子水的混合溶液浸泡、洗滌濾紙，再用去離 子水反復(fù)浸泡，以除去未聚合單體、殘余光敏劑。
5. 最后，將濾紙自然晾干后于60'C干燥箱中烘干,再放置至室溫后稱重， 接枝率為38% (wt)。接枝聚合物的我們轉(zhuǎn)變溫度(LCST)為32"C 。
本實(shí)例制得的分離膜表面多孔結(jié)構(gòu)如圖2電鏡照片所示 實(shí)施實(shí)例3:
本實(shí)例中采用濾紙與實(shí)例l相同，通過紫外光引發(fā)接枝聚合，在基質(zhì)膜表
面接枝聚N-異丙基丙烯酰胺鏈。具體步驟如下
1. 裁剪IO X IO厘米濾紙置于透光且已充氮的反應(yīng)器中；
2. 配制單體溶液，單體溶液以經(jīng)氮?dú)庵脫Q過的丙酮和去離子水的混合物 (丙酮3g，去離子水1.5g)為溶劑，以N-異丙基丙烯酰胺(0.5g)為溶質(zhì)，單體
濃度為10%，光敏劑為二苯甲酮(O.Olg)。
3. 用注射器將配好的溶液注射到濾紙上，使濾紙完全潤濕，進(jìn)行聚合反 應(yīng)。照射時(shí)間為15分鐘。
4. 反應(yīng)結(jié)束后用丙酮和去離子水的混合溶液浸泡、洗滌濾紙，再用去離 子水反復(fù)浸泡，以除去未聚合單體、殘余光敏劑。
5. 最后，將濾紙自然晾干后于6(TC干燥箱中烘干，再放置至室溫后稱重， 接枝率為12.2% (wt)。接枝聚合物的我們轉(zhuǎn)變溫度(LCST)為32"。
實(shí)施實(shí)例4:
本實(shí)例中采用濾紙與實(shí)例l相同，通過紫外光引發(fā)接枝聚合，在基質(zhì)膜表 面接枝聚N-異丙基丙烯酰胺鏈。具體步驟如下
1.裁剪10X10厘米濾紙置于透光且已充氮的反應(yīng)器中；2. 配制單體溶液，單體溶液以經(jīng)氮?dú)庵脫Q過的丙酮和去離子水的混合物
(丙酮2.2g,去離子水4.4g)為溶劑，以N-異丙基丙烯酰胺(1.8g)為溶質(zhì)，單 體濃度為21.4%，光敏劑為氧雜蒽酮(0.009g)。
3. 用注射器將配好的溶液注射到濾紙上，使濾紙完全潤濕，進(jìn)行聚合反 應(yīng)。照射時(shí)間為15分鐘。
4. 反應(yīng)結(jié)束后用丙酮和去離子水的混合溶液浸泡、洗滌濾紙，再用去離 子水反復(fù)浸泡，以除去未聚合單體、殘余光敏劑。
5. 最后，將濾紙自然晾干后于6(TC干燥箱中烘干，再放置至室溫后稱重， 接枝率為41.0°/。 (wt)。接枝聚合物的我們轉(zhuǎn)變溫度(LCST)為32。C 。
實(shí)施實(shí)例5:
本實(shí)例中采用濾紙與實(shí)例l相同，通過紫外光引發(fā)接枝聚合，在基質(zhì)膜表 面接枝聚N-異丙基丙烯酰胺鏈。具體步驟如下
1. 裁剪10X10厘米濾紙置于透光且已充氮的反應(yīng)器中；
2. 配制單體溶液，單體溶液以經(jīng)氮?dú)庵脫Q過的丁酮和去離子水的混合物 (丁酮2,2g，去離子水1.8g)為溶劑，以N-異丙基丙烯酰胺(0.17g)為溶質(zhì)，單
體濃度為4.0%，光敏劑為二苯甲酮(0.0051g)。
3. 用注射器將配好的溶液注射到濾紙上，使濾紙完全潤濕，進(jìn)行聚合反 應(yīng)。照射時(shí)間為15分鐘。
4. 反應(yīng)結(jié)束后用丁酮和去離子水的混合溶液浸泡、洗滌濾紙，再用去離 子水反復(fù)浸泡，以除去未聚合單體、殘余光敏劑。
5. 最后，將濾紙自然晾干后于6(TC干燥箱中烘干，再放置至室溫后稱重， 接枝率為3.0% (wt)。接枝聚合物的我們轉(zhuǎn)變溫度(LCST)為32'C 。
實(shí)施實(shí)例6:
本實(shí)例中采用濾紙與實(shí)例l相同，通過紫外光引發(fā)接枝聚合，在基質(zhì)膜表 面接枝聚N-異丙基丙烯酰胺鏈。具體步驟如下
1.裁剪IOX IO厘米濾紙置于透光且已充氮的反應(yīng)器中； 2.配制單體溶液，單體溶液以經(jīng)氮?dú)庵脫Q過的丙酮和去離子水的混合物 (丙酮2.6g，去離子水2.1g)為溶劑，以N-異丙基丙烯酰胺(0.6g)和丙烯酸乙 酯(O.llg)為溶質(zhì)，單體濃度為11.3%，光敏劑為二苯甲酮(0.012g)。3. 用注射器將配好的溶液注射到濾紙上，使濾紙完全潤濕，進(jìn)行聚合反
應(yīng)。照射時(shí)間為15分鐘。
4. 反應(yīng)結(jié)束后用丙酮和去離子水的混合溶液浸泡、洗滌濾紙，再用去離
子水反復(fù)浸泡，以除去未聚合單體、殘余光敏劑。
5. 最后，將濾紙自然晾干后于6(TC干燥箱中烘干，再放置至室溫后稱重， 接枝率為25% (wt)。接枝聚合物的溫敏轉(zhuǎn)變溫度為(LCST)為2(TC 。
本實(shí)例制得的分離膜表面多孔結(jié)構(gòu)如圖3電鏡照片所示.-
采用實(shí)施例3接枝率為12.2%的分離膜進(jìn)行蛋白質(zhì)的吸附實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)所用 蛋白質(zhì)為牛血清白蛋白(BSA)。用紫外分光光度計(jì)測定蛋白溶液透光率的 變化來表征蛋白質(zhì)濃度的變化。具體過程包括
1、 配制濃度為500(ig/ml的BSA水溶液(pH=6.0)。
2、 吸附將膜剪成3cmX3cm大小，放入容積為50ml的瓶子中，加入 蛋白質(zhì)溶液20ml (膜完全浸入溶液中)，密封后放入恒溫振蕩器中，在37'C 條件下吸附2小時(shí)。
3、 通過紫外分光光度計(jì)測定步驟l的原始蛋白質(zhì)溶液、步驟2吸附后的 蛋白質(zhì)溶液的透光率，計(jì)算相應(yīng)蛋白濃度，進(jìn)而計(jì)算吸附量。
測定結(jié)果未經(jīng)吸附的BSA溶液透光率為26.1。/。(BSA濃度為500(ig/ml)， 經(jīng)濾膜吸附后BSA溶液的透光率為44.2Q/。，相應(yīng)的蛋白濃度為225pig/ml。根 據(jù)BSA濃度下降值(275(ig/ml)、吸附實(shí)驗(yàn)中蛋白溶液的總體積(20ml)和 紙基分離膜的面積(18 cm2)計(jì)算出該分離膜對BSA的吸附能力為611.1]iig/ cm2)。
權(quán)利要求
1. 一種溫敏性紙基膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟(1)、基質(zhì)膜的處理將濾紙基膜用去離子水浸泡、清洗后干燥，裁剪后放入氮?dú)鈿夥盏姆磻?yīng)器中；(2)、單體溶液的配制單體溶液的配制以經(jīng)氮?dú)庵脫Q過的酮和去離子水的混合溶液為溶劑，酮和去離子水兩者的質(zhì)量比為0.5～2∶1，N-異丙基丙烯酰胺或者N-異丙基丙烯酰胺與丙烯酸酯的共聚物為溶質(zhì)，總的單體質(zhì)量濃度為3％～30％，在該溶液中加入溶質(zhì)質(zhì)量0.5％-3％的光敏劑；(3)、接枝聚合將上述配好的單體溶液加到濾紙上，使濾紙完全潤濕，用紫外光照射10-15分鐘以引發(fā)接枝聚合；(4)、分離膜的后處理反應(yīng)結(jié)束后用上述酮和去離子水混合溶液浸泡、洗滌所得聚合物接枝濾紙膜，以除去未聚合單體、殘余光敏劑；最后，將接枝聚合物的濾紙干燥。
全文摘要
一種溫敏性紙基膜的制備方法屬于分離膜領(lǐng)域。本發(fā)明步驟將濾紙基膜用去離子水浸泡、清洗后干燥，裁剪后放入氮?dú)鈿夥盏姆磻?yīng)器中；以經(jīng)氮?dú)庵脫Q過的酮和去離子水的混合溶液為溶劑，N-異丙基丙烯酰胺或者N-異丙基丙烯酰胺與丙烯酸酯的共聚物為溶質(zhì)，加入溶質(zhì)質(zhì)量0.5％-3％的光敏劑；單體溶液加到濾紙上，使濾紙完全潤濕，用紫外光照射10-15分鐘以引發(fā)接枝聚合；除去未聚合單體、殘余光敏劑后，將接枝聚合物的濾紙干燥。該分離膜僅通過溫度的改變實(shí)現(xiàn)蛋白的吸附和淋洗脫附，從而達(dá)到分離純化目的。本發(fā)明制備的膜具有運(yùn)行壓降小的優(yōu)點(diǎn)，且生物相容性好(抗污染)、材料易得、成本低、不污染環(huán)境、設(shè)備操作簡單。
文檔編號B01D71/00GK101301593SQ20081011467
公開日2008年11月12日 申請日期2008年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月6日
發(fā)明者毛華華, 石淑先, 蘇志強(qiáng), 陳曉農(nóng), 齊再前 申請人:北京化工大學(xué)