寧波材料所在生物基聚合物微孔膜制備及改性研究中取得進(jìn)展

　　傳統(tǒng)石油基聚合物膜材料在其服役周期完成后，既難再生、回收又難降解處理，從而造成環(huán)境污染壓力。生物基聚合物微孔膜有望解決這一問(wèn)題，在一次性水深度過(guò)濾膜、血液凈化及污水處理兼碳源緩釋膜方面具有應(yīng)用前景。中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所研究員劉富帶領(lǐng)的液體分離與凈化團(tuán)隊(duì)近年來(lái)系統(tǒng)開展了生物基聚合物微孔膜的可控合成制備及應(yīng)用研究。在聚乳酸微孔膜的結(jié)構(gòu)控制及制備方面，已經(jīng)制備了梯度結(jié)構(gòu)的微孔膜（Journal of Membrane Science 2015, 478, 96-104），及表面肝素化/類肝素化改性微孔膜。如通過(guò)多巴胺固定肝素（Journal of Membrane Science 2014, 452, 390-399）、表面APTES固定肝素（RSC Advances, 2016, 6, 42684-42692）改善其表面相容性，通過(guò)表面兩性離子化（Journal of Membrane Science 2015, 475, 469-479）、表面PEG化（RSC Advances 2015, 5, 107949-107956， ACS Applied Materials & Interfaces 2015, 7, 17748-17755）改善聚乳酸微孔膜的親水及血液相容性。

　　聚乳酸特別是薄壁（如透析膜壁厚40微米）中空纖維膜對(duì)耐熱具有更高要求，然后在快速溶液相轉(zhuǎn)化過(guò)程中，難以實(shí)現(xiàn)結(jié)晶度提高。針對(duì)此問(wèn)題，研究人員發(fā)展了一種界面交聯(lián)誘導(dǎo)結(jié)晶技術(shù)解決了聚乳酸微孔膜的結(jié)晶及耐熱瓶頸問(wèn)題。具體在聚乳酸微孔膜表面通過(guò)基于硅烷偶聯(lián)劑的嵌段共聚物PVP-VTES預(yù)聚物的界面交聯(lián)聚合，誘導(dǎo)聚乳酸發(fā)生結(jié)晶，結(jié)晶度可提高到35%，從而將耐熱溫度提高到100度，大大提高其尺寸及微結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，解決了其干燥及滅菌問(wèn)題，界面誘導(dǎo)機(jī)理及耐熱結(jié)果如圖2所示。相關(guān)工作發(fā)表于RSC Advances（2016, 6, 20492-20499）。為了進(jìn)一步調(diào)控聚乳酸微孔膜的表面微孔結(jié)構(gòu)，提高其表面微孔分布均一性及尺寸，課題組通過(guò)β環(huán)糊精生物基致孔劑結(jié)合界面交聯(lián)，制備了具有超親水特性的聚乳酸超微濾膜，表面微孔成均勻圓形分布，相關(guān)工作發(fā)表在《膜科學(xué)雜志》（Journal of Membrane Science 2016, 513, 166-176）上。界面交聯(lián)可以在預(yù)聚物合成時(shí)引入具有反應(yīng)性的環(huán)氧官能團(tuán)如GMA，從而將三組分共聚物通過(guò)硅化學(xué)的界面吸附溶脹交聯(lián)固定在膜表面，進(jìn)一步通過(guò)共價(jià)鍵合將肝素負(fù)載在膜表面，從而同步提高了膜的親水性、耐熱性以及血液相容性，表面肝素化是提高血液相容性的主要因素。該工作發(fā)表在美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)《生物材料科學(xué)與工程》（ACS biomaterials science & engineering，DOI: 10.1021/acsbiomaterials.6b00413），如圖1所示。除了表面肝素化相容性改善，研究人員制備了一種天然生物分子水蛭素，并通過(guò)氫鍵結(jié)合方式將其固定在經(jīng)過(guò)界面交聯(lián)改性的聚乳酸微孔膜表面，從而不改變水蛭素分子的抗凝活性，通過(guò)系統(tǒng)的凝血四項(xiàng)（APTT、PT、TT、FIB）、血小板黏附以及補(bǔ)體激活特性綜合分析，提高了聚乳酸微孔膜的血液相容性，具有良好的透析性能，模擬透析實(shí)驗(yàn)（模擬血液和透析液的流量分別設(shè)定為100 mL/min、300 mL/min）表明其對(duì)小分子（尿素，79 mL/min；肌酐，74 mL/min）以及中分子（溶菌酶，34 mL/min）有害物質(zhì)具有相對(duì)較高的清除率。相關(guān)工作發(fā)表在《膜科學(xué)雜志》（Journal of Membrane Science）上，如圖2和3所示。

　　以上工作得到了中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)（2014258）和國(guó)家自然科學(xué)基金(51473177，51273211)的大力支持。

圖1 界面交聯(lián)誘導(dǎo)聚乳酸微孔膜結(jié)晶及肝素化機(jī)理

圖2 氫鍵結(jié)合水蛭素聚乳酸微孔膜的凝血四項(xiàng)性能

圖3 水蛭素結(jié)合聚乳酸微孔膜模擬透析性能