0027] 我们已与来自美国加利福尼亚州的帕罗奥托市的美国国家航天局埃姆斯研究中 屯、（NASAAmesfacilityinPaloAlto(CA，肥)）的科学家一起进行第一真实现场测试，其 中，该系统包含一水通道蛋白薄膜。测试推断当与现存的前向渗透薄膜比较时，该包含特定 TFC-水通道蛋白薄膜的水萃取系统显示出对尿素具有优异的擬除值（>90% )，参考希尔和 泰勒（2012HHill&Taylor(2012))。本发明的水萃取系统将通过再循环来自太空人的立即 可提供的体液来促成降低在载人太空任务中所需要运输至太空的质量的主要成果。已推断 根据本发明的水萃取系统非常接近满足在太空中对简单、重量轻及可信赖从体液中萃取出 适于饮用的水的系统的需求。
[002引在2012年5月时，来自水通道蛋白有限公司（AquaporinA/巧和美国国家航 天局埃姆斯研究中屯、（NASAAmes)的科学家使用放大规模的TFC-水通道蛋白薄膜样品 (500cm2)成功地重复在美国国家航天局埃姆斯研究中屯、的试验。放大规模的薄膜样品与初 始样品相同地进行，从而证明该薄膜制造方法的稳定性。根据成功的第二测试，水通道蛋白 有限公司和美国国家航天局埃姆斯研究中屯、研究如何产生用于太空的黄水重复利用的第 一原型系统。
[0029] 在乳品加工业中从R0渗透物分离出尿素的水萃取系统
[0030] 背景：许多工业流出物包括高浓度化合物，包括非极性溶质诸如尿素，其未通过去 离子水方法或逆向渗透薄膜去除。该非极性溶质经常是化学稳定的，因此不容易通过UV杀 菌方法破坏。现有技术的处理尿素废水通常包括二个步骤：第一，将尿素水解成氨和二氧化 碳；W及第二，消除氨。现在的方法大部分依赖用于高强度尿素废水生物处理的厌氧条件。 但是，所需要的硝化细菌具有慢的生长速率、小的可接受抑范围、W及经常由其它废水污 染物（例如，双氯胺）抑制。本系统的优点为本系统W使用配备有具有固定水通道蛋白水 道的薄膜的流动槽为基准，该薄膜在实验室规模下已显示出非常高的尿素去除，参照下列 实施例7。此将消除对生物反应器技术的需求并且原则上允许简单式样翻新现在使用于尿 素去除的现有单元操作（例如，抛光步骤）。
[0031] 该水通道蛋白薄膜的高擬除及水通量性质及固有的低污染倾向使得将运些仿生 薄膜使用进用于尿素去除的大规模工业系统中是可行的并且是有用的，其中，污染的可能 和/或向上浓缩小中性溶质（例如尿素）的需求不容易由现在的基于薄膜的技术或其它技 术实现。对尿素的高擬除让本发明的系统能够使用于处理包含高尿素量的废水流，诸如存 在于来自乳品的加工用水中。在本发明的水萃取系统的一个具体实例中，该水通道蛋白薄 膜（诸如包含固定水通道蛋白水道的TFC-薄膜）将与高渗透性抽吸溶液（例如海水，例如 来自卡得加特海峡化attegat)) -起使用，W从该废水流萃取出接近无尿素的水。此低能 量水萃取系统将通过废水体积减少而有效地降低废弃成本。
[0032] 通过前向渗透在宽范围的水溶液中向上浓缩溶质的水萃取系统，参照图6
[0033] 在此系统中，组合着使用高渗透性或渗透压浓度抽吸溶液（诸如盐水）与水通道 蛋白薄膜（诸如如于本文中所描述般制备的TFC薄膜），W在前向渗透工艺中向上浓缩水溶 液。值得注意的水溶液包括顽固的废水流、医药及生物产物溶液及液体食品。典型的具体 实例为用于向上浓缩宽分子尺寸范围的有机分子（诸如氨基酸及寡肤至包括膜蛋白的蛋 白质）的系统，其正常通过离屯、浓缩器（例如使用Pierce浓缩器）浓缩至想要的程度，其 可获得3K、10K、30K及100K截流分子量（MWC0)，W及其使用聚酸讽（PE巧薄膜超微滤离屯、 装置来浓缩及淡化生物样品。根据本发明的系统的优点包括非常溫和的水萃取、低胜肤或 蛋白质损失、浓缩从氨基酸至小胜肤至大膜蛋白的宽分子尺寸范围的能力、浓缩方法可控 制及可自动化用于高生产量，与目前在市场上的离屯、浓缩器或通过真空干燥浓缩该样品溶 液比较，但是，此经常接着严重的损失样品材料及额外的污染物。本发明的系统可设定使用 具有用于单一用途的固定水通道蛋白薄膜或具有可去除的水通道蛋白薄膜的浓缩槽，如显 示在图8中。因此，若该水通道蛋白薄膜可经去除例如用W净化，及重新装配进该槽中时， 已建议可将如在下列实施例4及5中所描述的邸TA或巧樣酸处理施加至该薄膜，同时保有 该系统的水萃取性质。
[0034] 定义
[0035]"进料溶液"意味着溶质在水中的溶液。
[0036]"抽吸溶液"意味着相对于进料溶液的渗透压具有较高渗透压的溶液。该抽吸溶液 可包含一选自于下列的至少一种的抽吸溶质：可溶于水的无机化学物质及可溶于水的有机 化学物质。该可溶于水的无机化学物质可包括下列的至少一种：A12 (S04) 3、M拆04、化2S04、 K2S04、（畑4) 2S04、化2 (S04) 3、A1C13、MgC12、化C1、CaC12、NH4C1、KC1、化C13、A1 (N03) 3、 Mg(N03)2、Ca(N03)2、NaN03、N03、畑4肥03、K肥03、Na肥03、邸r及其相对的水合物；并且 其中，该可溶于水的有机化学物质包括下列的至少一种：甲醇、乙醇、丙酬、葡萄糖、薦糖、果 糖、右旋糖、聚甲壳糖、树状分子（demlrimer)及2-甲基咪挫基底的化学物质。
[0037]"前向渗透"（F0)是一种渗透方法，其中，穿越半渗透薄膜的渗透压梯度造成从溶 解的溶质中萃取出水。引起净水流通过薄膜的驱动力是来自相对于该进料溶液的渗透压具 有较高渗透压的抽吸溶液。
[003引如于本文中使用，用语"辅助式前向渗透"(AF0)(或"压力辅助式前向渗透"，PAF0) 是指对该薄膜的进料侧施加机械压力W经由协同该渗透与液压驱动力来提高水通量的概 念。
[0039]"逆向渗透"(R0)为一种经由半渗透薄膜，通过施加高于进料溶液的渗透压的机械 压力对抗渗透压梯度从进料溶液萃取出水的方法。
[0040]"半渗透薄膜"为一种薄膜，其将允许某些分子或离子通过该薄膜。
[0041] "渗透压"为必需施加W防止溶剂从较低溶质浓度的溶液净流通过半渗透的薄膜 至较高溶质浓度的溶液的压力。
[0042] 溶液的渗透压根据该溶液中的颗粒量而定。对理想溶液来说，渗透压直接与重量 摩尔浓度成比例。
[0043]"渗透压浓度"为测量每千克溶剂的渗透活性溶质的摩尔数（或渗透压摩尔 (osmoles))，其表示为渗透压摩尔/kg。未分解的化合物的理想溶液的渗透压浓度等于重量 摩尔浓度。
[0044] 渗透压浓度典型藉由凝固点下降来测量。一渗透压摩尔/千克水溶液具 有-1.858 °C的凝固点。至于实施例：例如1摩尔糖在1千克水中的溶液降低凝固点 1. 858°C，然而该凝固点下降将由0. 5摩尔在1千克水中获得。
[0045]"渗透压浓度"为测量每升溶液的溶质的渗透压摩尔。"渗透压"可使用下式通过 渗透压浓度计算：
[0046]
[0047]其中，R是气体常数（8. 3144621LbarK-lmol1)。
[0048] 如于本文中使用的，"水通道蛋白"指为选择性水道蛋白质，包括根据由玛利亚 卡尔松（MariaKarlsson)等人（阳BSLetters537(2003)68-72)所描述或如在杰森 (Jensen)等人在US2012/0080377A1中所描述的方法制备的AqpZ及SoPIP2;l。
[0049] 如于本文中使用，"大豆憐脂（asolectin)"指为大豆卵憐脂碎片[IV-S]，其是高 度纯化的憐脂产物，包括卵憐脂、脑憐脂、肌醇憐脂类及大豆油（同义字：偶氮植物凝血素 (azolectin))。
[0050] 如于本文中使用，"嵌段共聚物"指为具有亲水性（A或C)与疏水性度）嵌段二者 之薄膜形成或囊泡形成二及=嵌段共聚物；该二嵌段共聚物是能够形成双层的A-B或C-B 类型，并且该=嵌段共聚物是自组合形成单层的A-B-A或A-B-C类型，其中，全部薄膜都在 中间具有该疏水层。有用的二嵌段共聚物的实施例和有用的=嵌段共聚物的实施例是在美 国专利案号5, 364, 633和下列（全部来自供应商共聚物资源公司（PolymerSource))中公 开：
[0051]
[0052] 其中，EO-嵌段-DMS-嵌段代表聚（二甲基硅氧烷-嵌段-环氧乙烧-嵌段）、 E0-嵌段-B0-嵌段代表聚（环氧下烧-嵌段-环氧乙烧-嵌段）、W及M0XA-嵌段-DMS-嵌 段-M0XA-嵌段代表聚（2-甲基-挫嘟-嵌段-二甲基硅氧烷-嵌段-2-甲基挫嘟）。
[0053] 如于本文中使用，"薄膜-复合物"或（TFC)薄膜是指具有额外的水通道蛋白 组分的薄膜的薄膜活性层，该层系使用胺反应物制备，优选为芳香族胺，诸如二胺或= 胺，例如在水溶液中的1，3-二胺苯（间-苯二胺>99%，例如，如从西格玛奥德里奇公司 (Sigma-Al化ich)购买）；W及面化酷反应物，诸如二或S酷氯，较佳为芳香族面化酷，例如 溶解在有机溶剂中的苯-1,3, 5-S幾酷氯（目录编号84270-84-8,均苯S甲酯氯灯MC)， 98%，例如，如从西格玛奥德里奇公司61肖1113-41化1油）购买），其中，该反应物系在界面 聚合反应中结合，参照US4, 277, 344,其详细地描述出聚酷胺薄膜的形成是在多孔薄膜 (例如聚酸讽薄膜）支撑物的表面处形成。更特别是，苯-1，3, 5-=幾酷氯可溶解在溶 剂中，诸如C6-C12控，包括己烧（>99. 9%，费世尔化学公司（FisherChemicals))、庚烧、 辛烧、壬烧、癸烧等等（直链或分枝的控）；或其它低芳香控溶剂，例如Isopar?GFluid, 其是从石油基底的原料在触媒的存在下W氨处理产生一低气味流体而制造，其主要组分 包括异柄1巧。IsoparGFluid:化学名称：巧，C10-C12,异柄巧，〈2 %方香巧；目录编号： 64742-48-9,化学名称：石油脂（石油），经氨化处理的高沸点（来自埃克森美孚化工公司 (ExxonMobil化emical))。反应物1,3-二胺苯的代用品包括二胺，诸如己二胺等等；W 及反应物苯-1，3, 5-=幾酷氯的代用品包括二酸氯、己二酷氯等等，如在本技术领域中已 知。为了制得薄膜复合物层的活性层，在界面聚合发生前，将促进水运输的额外组分于本文 中是水通道蛋白水道加入至该反应物溶液。该组分可参与或可不参与该反应，但是优选地 对该反应呈惰性及在所形成的薄膜中变成固定。于本文中，该水通道蛋白水道优选地包括 在由两亲化合物形成的囊泡中，诸如蛋白脂质体（proteoliposomes)及蛋白质高分子液胞 (proteopolymersomes)。
[0054] 如于本文中使用，"蛋白脂质体"是典型具有脂质对蛋白质比率（LPR，基于摩尔计 算）在25至500之间的囊泡，诸如约100至约200。
[0055] 如于本文中使用的，"蛋白质高分子液胞"是典型具有聚合物对蛋白质比率（P0PR， 基于摩尔浓度计算）在25至500之间的囊泡，诸如当使用S嵌段共聚物时约50至约100 ; 及聚合物对蛋白质比率在25至500间，诸如当使用二嵌段共聚物时约100至约200。
[0056] 如于本文中使用，"水通道蛋白薄膜"是指一包含固定的水通道蛋白水道的活性层 和支撑层的薄膜。在该水通道蛋白薄膜中，该水通道蛋白水道经固定、或多或少地埋入、或 部分埋入或甚至支撑在该