多层多孔嵌段共聚物薄膜的制作方法

背景技术：

1、在纳米级理解和控制化学物质的输运设计对于能够解决化学分离、药物递送和分子传感所面临的若干问题的新型装置和系统非常重要。这些技术中的许多技术将依赖于具有稳固的机械特性且孔径和化学性质控制良好的膜或薄膜。为了推动对在纳米级利用输运现象的技术的理解和实施，在下一代的高性能介孔材料的制造和表征方面取得显著进展是至关重要的。

2、已经通过批量铸造生产了基于二嵌段共聚物和三嵌段三元共聚物自组装的膜，但这些材料由于相对较厚的选择性层而具有低渗透性。已经通过固体基底上的旋涂由二嵌段共聚物制成了介孔薄膜；然而，这种方法需要很长的退火时间，并且需要将易碎的薄膜从一级基底繁琐地转移到二级支撑膜。

3、介孔等孔嵌段共聚物材料是已知的，并且由于其小且均匀的孔而有用。将不对称结构与介孔等孔结构相结合使得这些材料对于高分辨率、高通量分离非常有用，其中介孔等孔“表皮”能够实现高分辨率分离，而不对称结构能够实现高通量。然而，这些材料的制造经常导致产生大孔隙，这些大孔隙被认为是不期望的。人们普遍认为，膜中的大孔隙是不期望的，因为它们会导致机械强度降低，并且可能破坏表皮，导致缺陷。

4、此外，先前没有描述过包括多层分级结构的膜或薄膜，该多层分级结构包括第一多孔表皮、多孔本体层和第二多孔表皮。包括前述结构的膜将提供常规材料无法获得的某些优点。

5、尽管在膜研究方面取得了进展，但仍然需要将不对称结构与介孔等孔结构相结合但具有最小大孔隙的介孔等孔膜和薄膜。本公开满足了这些需求和其他需求。

技术实现思路

1、根据如本文具体体现和广泛描述的本公开的目的，在一方面，本公开涉及制备多层分级多嵌段共聚物薄膜的方法；通过所公开的方法制成的多层分级多嵌段共聚物薄膜；所公开的多层分级多嵌段共聚物薄膜的用途，以及包括所公开的多层分级多嵌段共聚物薄膜的装置。在另一方面，本公开涉及用于制备具有至少三个可识别层的多层分级多嵌段共聚物(bcp)薄膜的方法，通过所公开的方法制成的所公开的具有至少三个可识别层的薄膜，包括所公开的具有至少三个可识别层的薄膜的装置，以及所公开的具有至少三个可识别层的薄膜的用途。示例性公开的具有至少三个可识别层的多层分级多嵌段共聚物薄膜包括在基底的表面上形成的第一多孔“表皮”层、在第一多孔“表皮”层上形成的多孔本体层和在多孔本体层的表面上形成的第二多孔“表皮”层。

2、本文公开了多层嵌段共聚物材料，这些多层嵌段共聚物材料包括自组装嵌段共聚物；其中该自组装嵌段共聚物包括：第一表皮层、第二表皮层和位于第一表皮层与第二表皮层之间的本体层；并且其中第一表皮层、第二表皮层和本体层中的每一者都包括孔。

3、在另一方面，本文公开了包括所公开的多层嵌段共聚物材料的过滤装置。

4、在另一方面，本文公开了过滤方法，其中该方法包括经由所公开的过滤装置的入口向所公开的过滤装置提供样品，以及收集已经通过该过滤装置的滤料。

5、在另一方面，本文公开了通过所公开的方法制成的多层嵌段共聚物材料。

6、对于本领域技术人员，在检查以下附图和详细描述后，本公开的其他系统、方法、特征和优点将会或变得显而易见。旨在将所有这样的附加系统、方法、特征和优点包括在本说明书中，包括在本公开的范围内，并且受到所附权利要求书的保护。此外，所述实施方案的所有可选和优选的特征和修改都可用于本文教导的公开内容的所有方面。此外，从属权利要求的各个特征以及所述实施方案的所有可选和优选的特征和修改都是可相互组合和互换的。

技术特征：

1.一种多层嵌段共聚物材料，所述多层嵌段共聚物材料包括自组装嵌段共聚物；

2.根据权利要求1所述的多层嵌段共聚物材料，其中所述自组装嵌段共聚物还包括：

3.根据权利要求1所述的多层嵌段共聚物材料，所述多层嵌段共聚物材料还包括位于所述第一表皮层的与所述本体层相对的一侧上的基底。

4.根据权利要求3所述的多层嵌段共聚物材料，其中所述基底具有孔；

5.根据权利要求3所述的多层嵌段共聚物材料，其中所述基底具有孔；

6.根据权利要求3所述的多层嵌段共聚物材料，其中所述基底具有孔；

7.根据权利要求3所述的多层嵌段共聚物材料，其中所述基底具有孔；

8.根据权利要求3所述的多层嵌段共聚物材料，其中所述基底具有孔；

9.根据权利要求1所述的多层嵌段共聚物材料，其中所述本体层包括大孔。

10.根据权利要求9所述的多层嵌段共聚物材料，其中所述本体层还包括超大孔。

11.根据权利要求9所述的多层嵌段共聚物材料，其中所述本体层还包括介孔。

12.根据权利要求1所述的多层嵌段共聚物材料，其中所述第一表皮层包括微孔、介孔或它们的组合。

13.根据权利要求12所述的多层嵌段共聚物材料，其中所述第一表皮层包括具有约5nm至约100nm的孔径的孔。

14.根据权利要求12所述的多层嵌段共聚物材料，其中所述第一表皮层包括具有约10nm至约50nm的孔径的孔。

15.根据权利要求12所述的多层嵌段共聚物材料，其中所述第一表皮层包括具有约15nm至约25nm的孔径的孔。

16.根据权利要求12所述的多层嵌段共聚物材料，其中所述第一表皮层包括具有约20nm至约40nm的孔径的孔。

17.根据权利要求12所述的多层嵌段共聚物材料，其中所述第一表皮层包括具有约30nm至约40nm的孔径的孔。

18.根据权利要求1所述的多层嵌段共聚物材料，其中所述第一表皮层是等孔的。

19.根据权利要求1所述的多层嵌段共聚物材料，其中所述第二表皮层包括微孔、介孔或它们的组合。

20.根据权利要求19所述的多层嵌段共聚物材料，其中所述第二表皮层包括具有约5nm至约50nm的孔径的孔。

21.根据权利要求19所述的多层嵌段共聚物材料，其中所述第二表皮层包括具有约5nm至约10nm的孔径的孔。

22.根据权利要求19所述的多层嵌段共聚物材料，其中所述第二表皮层包括具有约10nm至约15nm的孔径的孔。

23.根据权利要求19所述的多层嵌段共聚物材料，其中所述第二表皮层包括具有约15nm至约20nm的孔径的孔。

24.根据权利要求19所述的多层嵌段共聚物材料，其中所述第二表皮层包括具有约15nm至约25nm的孔径的孔。

25.根据权利要求19所述的多层嵌段共聚物材料，其中所述第二表皮层包括具有约20nm至约25nm的孔径的孔。

26.根据权利要求19所述的多层嵌段共聚物材料，其中所述第二表皮层包括具有约25nm至约30nm的孔径的孔。

27.根据权利要求19所述的多层嵌段共聚物材料，其中所述第二表皮层包括具有约30nm至约50nm的孔径的孔。

28.根据权利要求1所述的多层嵌段共聚物材料，其中所述第二表皮层是等孔的。

29.根据权利要求1所述的多层嵌段共聚物材料，其中所述第二表皮层具有比所述第一表皮层的平均孔径小的平均孔径。

30.根据权利要求29所述的多层嵌段共聚物材料，其中所述第二表皮层的所述平均孔径比所述第一表皮层的平均孔径小约5％至约200％。

31.根据权利要求29所述的多层嵌段共聚物材料，其中所述第二表皮层的所述平均孔径比所述第一表皮层的平均孔径小至少约5％。

32.根据权利要求29所述的多层嵌段共聚物材料，其中所述第二表皮层的所述平均孔径比所述第一表皮层的平均孔径小至少约10％。

33.根据权利要求29所述的多层嵌段共聚物材料，其中所述第二表皮层的所述平均孔径比所述第一表皮层的平均孔径小至少约15％。

34.根据权利要求29所述的多层嵌段共聚物材料，其中所述第二表皮层的所述平均孔径比所述第一表皮层的平均孔径小至少约20％。

35.根据权利要求29所述的多层嵌段共聚物材料，其中所述第二表皮层的所述平均孔径比所述第一表皮层的平均孔径小至少约30％。

36.根据权利要求29所述的多层嵌段共聚物材料，其中所述第二表皮层的所述平均孔径比所述第一表皮层的平均孔径小至少约50％。

37.根据权利要求29所述的多层嵌段共聚物材料，其中所述第二表皮层的所述平均孔径比所述第一表皮层的平均孔径小至少约100％。

38.根据权利要求29所述的多层嵌段共聚物材料，其中所述第二表皮层的所述平均孔径比所述第一表皮层的平均孔径小至少约150％。

39.根据权利要求1所述的多层嵌段共聚物材料，其中所述第二表皮层具有比所述本体层的相转化孔的平均孔径小的平均孔径。

40.根据权利要求39所述的多层嵌段共聚物材料，其中所述第二表皮层的所述平均孔径比所述本体层的所述相转化孔的所述平均孔径小至少约10％。

41.根据权利要求39所述的多层嵌段共聚物材料，其中所述第二表皮层的所述平均孔径比所述本体层的所述相转化孔的所述平均孔径小至少约50％。

42.根据权利要求39所述的多层嵌段共聚物材料，其中所述第二表皮层的所述平均孔径比所述本体层的所述相转化孔的所述平均孔径小至少约100％。

43.根据权利要求39所述的多层嵌段共聚物材料，其中所述第二表皮层的所述平均孔径比所述本体层的所述相转化孔的所述平均孔径小至少约250％。

44.根据权利要求39所述的多层嵌段共聚物材料，其中所述第二表皮层的所述平均孔径比所述本体层的所述相转化孔的所述平均孔径小至少约500％。

45.根据权利要求39所述的多层嵌段共聚物材料，其中所述第二表皮层的所述平均孔径比所述本体层的所述相转化孔的所述平均孔径小至少约750％。

46.根据权利要求39所述的多层嵌段共聚物材料，其中所述第二表皮层的所述平均孔径比所述本体层的所述相转化孔的所述平均孔径小至少约1000％。

47.根据权利要求1所述的多层嵌段共聚物材料，所述多层嵌段共聚物材料还包括纳米颗粒，所述纳米颗粒位于所述第一表皮层、所述第二表皮层或它们的组合的所述孔内。

48.根据权利要求47所述的多层嵌段共聚物材料，其中所述纳米颗粒包括金属、合金、金属氧化物或它们的任何组合。

49.根据权利要求47所述的多层嵌段共聚物材料，其中所述纳米颗粒包括核、核-壳或核-多壳半导体纳米颗粒。

50.根据权利要求47所述的多层嵌段共聚物材料，其中所述纳米颗粒包括无机磷光体。

51.根据权利要求1所述的多层嵌段共聚物材料，所述多层嵌段共聚物材料还包括均聚物。

52.根据权利要求1所述的多层嵌段共聚物材料，所述多层嵌段共聚物材料还包括小分子。

53.根据权利要求1所述的多层嵌段共聚物材料，其中所述材料是薄膜或膜。

54.一种过滤装置，所述过滤装置包括根据权利要求1所述的多层嵌段共聚物材料。

55.根据权利要求54所述的过滤装置，其中所述过滤装置包括用于向所述过滤装置提供样品的入口；和从其收集滤料的出口。

56.根据权利要求54所述的过滤装置，其中所述装置是蛋白质纯化装置。

57.根据权利要求54所述的过滤装置，其中所述装置是病毒减少或去除装置。

58.根据权利要求54所述的过滤装置，其中所述装置是进料流纯化装置。

59.根据权利要求54所述的过滤装置，其中所述装置是水纯化装置。

60.根据权利要求54所述的过滤装置，其中所述装置是溶质分离装置。

61.一种过滤方法，其中所述方法包括经由根据权利要求54所述的过滤装置的入口向所述过滤装置提供样品；以及收集已经通过所述过滤装置的滤料。

62.根据权利要求61所述的方法，其中所述样品包括多种蛋白质。

63.根据权利要求62所述的方法，其中所述多种蛋白质包括至少一种抗体。

64.根据权利要求62所述的方法，其中所述多种蛋白质包括至少一种重组蛋白质。

65.根据权利要求61所述的方法，其中所述样品包括多种病毒。

66.根据权利要求61所述的方法，其中所述样品包括溶液。

67.根据权利要求66所述的方法，其中所述溶液是水溶液。

68.根据权利要求66所述的方法，其中所述溶液是非水溶液。

69.根据权利要求68所述的方法，其中所述非水溶液包括至少一种极性溶剂、至少一种非极性溶剂或它们的组合。

70.根据权利要求61所述的方法，其中所述样品包括进料流。

71.根据权利要求70所述的方法，其中所述进料流是来自生物反应器的进料流。

72.根据权利要求70所述的方法，其中所述进料流是来自污水系统的进料流。

73.一种用于制备所述多层嵌段共聚物材料的方法，所述方法包括以下步骤：

74.根据权利要求73所述的方法，其中所述溶剂体系包括至少二氧六环。

75.根据权利要求74所述的方法，其中所述溶剂体系包括约70重量％的二氧六环。

76.根据权利要求74所述的方法，其中所述溶剂体系还包括四氢呋喃、丙酮或它们的组合。

77.根据权利要求76所述的方法，其中所述四氢呋喃、丙酮或它们的组合以约30重量％的量存在。

78.根据权利要求73所述的方法，其中所述基底具有孔；并且其中所述孔具有在约0.1μm至约5μm范围内的平均孔径。

79.根据权利要求78所述的方法，其中所述孔具有在0.1μm至约3μm范围内的平均孔径。

80.根据权利要求78所述的方法，其中所述孔具有在0.22μm至约1μm范围内的平均孔径。

81.根据权利要求73所述的方法，其中所述相分离溶剂体系包括水。

82.根据权利要求73所述的方法，其中从所述初始薄膜中去除所述溶剂体系的所述溶剂的一部分以形成部分溶剂已去除的初始薄膜包括从所述溶剂体系中去除约1重量％至约80重量％的至少一种溶剂。

83.根据权利要求73所述的方法，其中使所述部分溶剂已去除的初始薄膜与相分离溶剂体系接触包括水凝固浴。

84.根据权利要求73所述的方法，所述方法还包括去除所述基底。

85.一种多层嵌段共聚物材料，所述多层嵌段共聚物材料通过根据权利要求73所述的方法制成。

技术总结
本公开涉及制备多层分级多嵌段共聚物薄膜的方法；通过所公开的方法制成的多层分级多嵌段共聚物薄膜；所公开的多层分级多嵌段共聚物薄膜的用途；以及包括所公开的多层分级多嵌段共聚物薄膜的装置。示例性公开的多层分级多嵌段共聚物薄膜具有至少三个可识别层，包括在基底的表面上形成的第一多孔“表皮”层、在该第一多孔“表皮”层上形成的多孔本体层和在该多孔本体层的表面上形成的第二多孔“表皮”层。该说明书摘要旨在作为用于在特定领域中搜索的扫描工具，而并非旨在限制本公开。

技术研发人员：雷切尔·多林,杰克·威尔逊,克里斯·克罗克,史蒂夫·珀尔,斯宾塞·罗宾斯
受保护的技术使用者：特拉波雷技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12