专利名称：一种温敏性纸基膜的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种以纸为基膜制备温敏性分离膜的制备方法。
背景技术：
作为一种新颖的分离、提纯技术，膜色谱较传统的柱色谱具有大量的优 点，如低压降、大吸附量、传质快、易于放大等。膜色谱的工作原理是采用 具有一定孔径的膜作为介质，连接配基，利用膜配基与蛋白质等目标分子之间 的相互作用进行分离纯化。因此膜材料是决定膜色谱分离效果的关键因素。
常用的色谱膜材料有改性纤维素、壳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为 单一的均聚物，且绝大多数聚合物膜为僧水性的，易导致生物街产生(膜污 染)。
纤维素类是资源丰富的天然高分子化合物，且亲水性和生物相容性好， 以其为膜基材有望减少膜污染。滤纸是利用纤维制成的，具有多孔形态结构，
被广泛用作过滤介质，且具有一定的机械强度，可作为膜介质。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)曾以滤纸为基材制得亲和膜色谱，用于山葵过氧化酶等生 物大分子的分离纯化。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 )将PEG接枝到滤纸 上，制得了疏水色谱膜，利用在盐析效应，实现了对hlgGl-CD4的吸附和淋洗 分离纯化。这些研究表明滤纸可作为分离膜的基材。
发明内容
本发明旨在制备一种新型纸基分离膜，该分离膜仅通过温度的改变实现 蛋白的吸附和淋洗脱附，从而达到分离纯化目的。这种膜的工作原理是在相 对较高温度下从水介质中吸附蛋白，而在较低温度下淋洗使蛋白脱附。因此，在滤纸基膜上接枝温敏性聚合物是获得这种膜的关键。本发明的接枝聚合物
是聚N-异丙基丙烯酰胺及其共聚物，这些聚合物的温敏转变温度介于5-32。C之 间。由于接枝后保留了滤纸的多孔结构，因此这种膜具有运行压降小的优点， 且生物相容性好(抗污染)、材料易得、成本低、不污染环境、设备操作简单。
上述纸基蛋白色谱分离膜的制备方法包括以下工艺步骤
1、 基质膜的处理
将滤纸基膜用去离子水浸泡、清洗后干燥，裁剪成适宜尺寸后放入氮气 气氛的反应器中。
2、 单体溶液的配制
单体溶液的配制单体溶液以经氮气置换过的酮和去离子水的混合物为
溶剂，两者的质量比为0.5 2 : 1， N-异丙基丙烯酰胺或者N-异丙基丙烯酰胺 与丙烯酸酯的共聚物为溶质，总的单体质量浓度为3% 30%，在该溶液中加 入单体质量0.5-3%的光敏剂(例如二苯甲酮，但不局限于二苯甲酮)。
3、 接枝聚合
将配好的单体溶液加到滤纸上，使滤纸完全润湿。用紫外光照射以引发 接枝聚合。
4、 分离膜的后处理
反应结束后用丙酮和蒸馏水的混合溶液浸泡、洗涤所得聚合物接枝滤纸 膜，以除去未聚合单体、残余光敏剂。最后，将接枝聚合物的滤纸干燥。
本发明提供的纸基色谱分离膜对蛋白质的分离过程在温度高于聚N-异 丙基丙烯酰胺(PNIPAM)或其共聚物的低临界溶解温度(LCST)时，接枝 链处于疏水状态，与蛋白质的疏水基团发生疏水相互作用，吸附蛋白质；而 当温度低于接枝链的LCST时，接枝链变得亲水，与蛋白质的疏水相互作用消 失，蛋白质发生解吸附。利用不同蛋白质疏水性的差异，即接枝链疏水相互 作用力的差异，实现蛋白质分离。
本发明具有以下效果
1、本发明制得的纸基色谱分离膜所采用的滤纸是亲水性天然材料，具有 很好的生物相容性，降低蛋白质的变性风险和膜污染风险。2、 紫外光引发接枝聚合能控制接枝率，保持了膜的多孔结构，从而使膜 具有低的运行压降和高通量。
3、 本发明制得的纸基分离膜通过控制接枝链组成及其温敏转变温度，可 在较低温度下实现蛋白吸附，从而节约能耗，并且降低蛋白变形风险。
4、 蛋白吸附时无须高盐水介质，分离过程更为环保。
5、 滤纸基材易得、成本低。
图1是实例1电镜照片； 图2是实例2电镜照片； 图3是实例6电镜照片。
具体实施例方式
实施实例1:
本实例中采用分析滤纸(杭州特种纸业有限公司的定性分析滤纸)为基
质膜，通过紫外光引发接枝聚合，在基质膜表面接枝聚N-异丙基丙烯酰胺链。
具体步骤如下
1. 裁剪10X10厘米滤纸置于透光且已充氮的反应器中；
2. 配制单体溶液，单体溶液以经氮气置换过的丙酮和去离子水的混合物 (丙酮1.6g，去离子水1.3g)为溶剂，以N-异丙基丙烯酰胺(0.25g)为溶质，单
体浓度为7.9%，光敏剂为二苯甲酮(0.005g)。
3. 用注射器将配好的溶液注射到滤纸上，使滤纸完全润湿，进行聚合反 应。照射时间为10分钟。
4. 反应结束后用丙酮和去离子水的混合溶液浸泡、洗涤滤纸，再用去离 子水反复浸泡，以除去未聚合单体、残余光敏剂。
5. 最后，将滤纸自然晾干后于6(TC干燥箱中烘干，再放置至室温后称重， 计算接枝率为4.2°/。 (wt)。接枝聚合物的温敏转变温度(LCST)为32'C 。
本实例制得的分离膜表面多孔结构如图1电镜照片所示 实施实例2:
本实例中采用滤纸与实例l相同，通过紫外光引发接枝聚合，在基质膜表
面接枝聚N-异丙基丙烯酰胺链。具体步骤如下1. 裁剪10X10厘米滤纸置于透光且己充氮的反应器中；
2. 配制单体溶液，单体溶液以经氮气置换过的丙酮和去离子水的混合物
(丙酮1.2g，去离子水1.0g)为溶剂，以N-异丙基丙烯酰胺(0.5g)为溶质，单 体浓度为18.5%，光敏剂为二苯甲酮(O.Olg)。
3. 用注射器将配好的溶液注射到滤纸上，使滤纸完全润湿，进行聚合反 应。照射时间为15分钟。
4. 反应结束后用丙酮和去离子水的混合溶液浸泡、洗涤滤纸，再用去离 子水反复浸泡，以除去未聚合单体、残余光敏剂。
5. 最后，将滤纸自然晾干后于60'C干燥箱中烘干,再放置至室温后称重， 接枝率为38% (wt)。接枝聚合物的我们转变温度(LCST)为32"C 。
本实例制得的分离膜表面多孔结构如图2电镜照片所示 实施实例3:
本实例中采用滤纸与实例l相同，通过紫外光引发接枝聚合，在基质膜表
面接枝聚N-异丙基丙烯酰胺链。具体步骤如下
1. 裁剪IO X IO厘米滤纸置于透光且已充氮的反应器中；
2. 配制单体溶液，单体溶液以经氮气置换过的丙酮和去离子水的混合物 (丙酮3g，去离子水1.5g)为溶剂，以N-异丙基丙烯酰胺(0.5g)为溶质，单体
浓度为10%，光敏剂为二苯甲酮(O.Olg)。
3. 用注射器将配好的溶液注射到滤纸上，使滤纸完全润湿，进行聚合反 应。照射时间为15分钟。
4. 反应结束后用丙酮和去离子水的混合溶液浸泡、洗涤滤纸，再用去离 子水反复浸泡，以除去未聚合单体、残余光敏剂。
5. 最后，将滤纸自然晾干后于6(TC干燥箱中烘干，再放置至室温后称重， 接枝率为12.2% (wt)。接枝聚合物的我们转变温度(LCST)为32"。
实施实例4:
本实例中采用滤纸与实例l相同，通过紫外光引发接枝聚合，在基质膜表 面接枝聚N-异丙基丙烯酰胺链。具体步骤如下
1.裁剪10X10厘米滤纸置于透光且已充氮的反应器中；2. 配制单体溶液，单体溶液以经氮气置换过的丙酮和去离子水的混合物
(丙酮2.2g,去离子水4.4g)为溶剂，以N-异丙基丙烯酰胺(1.8g)为溶质，单 体浓度为21.4%，光敏剂为氧杂蒽酮(0.009g)。
3. 用注射器将配好的溶液注射到滤纸上，使滤纸完全润湿，进行聚合反 应。照射时间为15分钟。
4. 反应结束后用丙酮和去离子水的混合溶液浸泡、洗涤滤纸，再用去离 子水反复浸泡，以除去未聚合单体、残余光敏剂。
5. 最后，将滤纸自然晾干后于6(TC干燥箱中烘干，再放置至室温后称重， 接枝率为41.0°/。 (wt)。接枝聚合物的我们转变温度(LCST)为32。C 。
实施实例5:
本实例中采用滤纸与实例l相同，通过紫外光引发接枝聚合，在基质膜表 面接枝聚N-异丙基丙烯酰胺链。具体步骤如下
1. 裁剪10X10厘米滤纸置于透光且已充氮的反应器中；
2. 配制单体溶液，单体溶液以经氮气置换过的丁酮和去离子水的混合物 (丁酮2,2g，去离子水1.8g)为溶剂，以N-异丙基丙烯酰胺(0.17g)为溶质，单
体浓度为4.0%，光敏剂为二苯甲酮(0.0051g)。
3. 用注射器将配好的溶液注射到滤纸上，使滤纸完全润湿，进行聚合反 应。照射时间为15分钟。
4. 反应结束后用丁酮和去离子水的混合溶液浸泡、洗涤滤纸，再用去离 子水反复浸泡，以除去未聚合单体、残余光敏剂。
5. 最后，将滤纸自然晾干后于6(TC干燥箱中烘干，再放置至室温后称重， 接枝率为3.0% (wt)。接枝聚合物的我们转变温度(LCST)为32'C 。
实施实例6:
本实例中采用滤纸与实例l相同，通过紫外光引发接枝聚合，在基质膜表 面接枝聚N-异丙基丙烯酰胺链。具体步骤如下
1.裁剪IOX IO厘米滤纸置于透光且已充氮的反应器中； 2.配制单体溶液，单体溶液以经氮气置换过的丙酮和去离子水的混合物 (丙酮2.6g，去离子水2.1g)为溶剂，以N-异丙基丙烯酰胺(0.6g)和丙烯酸乙 酯(O.llg)为溶质，单体浓度为11.3%，光敏剂为二苯甲酮(0.012g)。3. 用注射器将配好的溶液注射到滤纸上，使滤纸完全润湿，进行聚合反
应。照射时间为15分钟。
4. 反应结束后用丙酮和去离子水的混合溶液浸泡、洗涤滤纸，再用去离
子水反复浸泡，以除去未聚合单体、残余光敏剂。
5. 最后，将滤纸自然晾干后于6(TC干燥箱中烘干，再放置至室温后称重， 接枝率为25% (wt)。接枝聚合物的温敏转变温度为(LCST)为2(TC 。
本实例制得的分离膜表面多孔结构如图3电镜照片所示.-
采用实施例3接枝率为12.2%的分离膜进行蛋白质的吸附实验。实验所用 蛋白质为牛血清白蛋白(BSA)。用紫外分光光度计测定蛋白溶液透光率的 变化来表征蛋白质浓度的变化。具体过程包括
1、 配制浓度为500(ig/ml的BSA水溶液(pH=6.0)。
2、 吸附将膜剪成3cmX3cm大小，放入容积为50ml的瓶子中，加入 蛋白质溶液20ml (膜完全浸入溶液中)，密封后放入恒温振荡器中，在37'C 条件下吸附2小时。
3、 通过紫外分光光度计测定步骤l的原始蛋白质溶液、步骤2吸附后的 蛋白质溶液的透光率，计算相应蛋白浓度，进而计算吸附量。
测定结果未经吸附的BSA溶液透光率为26.1。/。(BSA浓度为500(ig/ml)， 经滤膜吸附后BSA溶液的透光率为44.2Q/。，相应的蛋白浓度为225pig/ml。根 据BSA浓度下降值(275(ig/ml)、吸附实验中蛋白溶液的总体积(20ml)和 纸基分离膜的面积(18 cm2)计算出该分离膜对BSA的吸附能力为611.1]iig/ cm2)。
权利要求
1. 一种温敏性纸基膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤(1)、基质膜的处理将滤纸基膜用去离子水浸泡、清洗后干燥，裁剪后放入氮气气氛的反应器中；(2)、单体溶液的配制单体溶液的配制以经氮气置换过的酮和去离子水的混合溶液为溶剂，酮和去离子水两者的质量比为0.5～2∶1，N-异丙基丙烯酰胺或者N-异丙基丙烯酰胺与丙烯酸酯的共聚物为溶质，总的单体质量浓度为3％～30％，在该溶液中加入溶质质量0.5％-3％的光敏剂；(3)、接枝聚合将上述配好的单体溶液加到滤纸上，使滤纸完全润湿，用紫外光照射10-15分钟以引发接枝聚合；(4)、分离膜的后处理反应结束后用上述酮和去离子水混合溶液浸泡、洗涤所得聚合物接枝滤纸膜，以除去未聚合单体、残余光敏剂；最后，将接枝聚合物的滤纸干燥。
全文摘要
一种温敏性纸基膜的制备方法属于分离膜领域。本发明步骤将滤纸基膜用去离子水浸泡、清洗后干燥，裁剪后放入氮气气氛的反应器中；以经氮气置换过的酮和去离子水的混合溶液为溶剂，N-异丙基丙烯酰胺或者N-异丙基丙烯酰胺与丙烯酸酯的共聚物为溶质，加入溶质质量0.5％-3％的光敏剂；单体溶液加到滤纸上，使滤纸完全润湿，用紫外光照射10-15分钟以引发接枝聚合；除去未聚合单体、残余光敏剂后，将接枝聚合物的滤纸干燥。该分离膜仅通过温度的改变实现蛋白的吸附和淋洗脱附，从而达到分离纯化目的。本发明制备的膜具有运行压降小的优点，且生物相容性好(抗污染)、材料易得、成本低、不污染环境、设备操作简单。
文档编号B01D71/00GK101301593SQ20081011467
公开日2008年11月12日 申请日期2008年6月6日 优先权日2008年6月6日
发明者毛华华, 石淑先, 苏志强, 陈晓农, 齐再前 申请人:北京化工大学