一种复合分离薄膜及其制备方法和用途技术

本发明专利技术提供了一种复合分离薄膜及其制备方法和用途，解决现有物理薄膜过滤加离心分离方式，薄膜厚度较大，过滤阻力大，导致过滤时间长、过滤效率低的问题。该复合分离薄膜包括自下而上设置的沉积衬底层、分离层以及固定保护层；沉积衬底层和固定保护层均采用具有微米孔洞的多孔载体材料；分离层采用具有纳米孔洞的多孔二维材料，厚度为0.3～50nm；多孔二维材料由利用氧化物半导体纳米粉体剥离层状材料制备获得，且多孔二维材料的面积大于多孔载体材料中微米孔洞的面积。料中微米孔洞的面积。料中微米孔洞的面积。

【技术实现步骤摘要】
一种复合分离薄膜及其制备方法和用途


[0001]本专利技术属于蛋白或者病毒等分离薄膜
，具体涉及一种复合分离薄膜及其制备方法和用途。

技术介绍

[0002]蛋白质作为生物体生命周期中一个重要的成分，对蛋白质本身的研究是对生命科学研究探索的一个重要环节。随着生物科学的技术发展，分离制备天然高分子化合物的
已趋向成熟，在不破坏分子活性的前提下分离纯化这些活性物质也形成了生物制药的一个领域。蛋白质分离主要根据五种原理：溶解度、分子大小、电荷、吸附性质、对配体分子的生物学亲和力等。基本原理包括两方面：一是利用各组分在物相中分配率差别达到分离目的，如盐析，有机溶剂提取，层析和结晶等；二是通过物理力场作用达到分离目的，如电泳，超滤，超速离心等。其他如很多病毒等，包括冠状病毒等也具有几十纳米尺度。如何在不对其破坏情况下，将快速分离鉴别在实际医药和卫生保护中，也有很大应用价值。
[0003]目前，根据蛋白质分子大小的差别的分离方法包括：1、透析与超滤；透析(dialysis)是利用蛋白质分子不能通过半透膜的性质，使蛋白质和其它小分子物质分开，常用的半透膜是玻璃纸或称赛璐玢纸(cellophane paper)、火棉纸(celloidin paper)和其它改型纤维素材料；2、超速离心；3、多孔凝胶过滤法，也称分子排阻层析或分子筛层析等。
[0004]根据蛋白质溶解度不同进行分离的方法包括蛋白质的盐析、等电点沉淀法、低温有机溶剂沉淀法或结晶法等。根据蛋白质带电性质进行分离的方法包括电泳法或离子交换层析法等。利用选择性吸附进行分离蛋白质的方法包括羟磷灰石层析或疏水作用层析等。根据配体特异性进行分离的方法包括亲和色谱法。此外，还有快速蛋白质液相层析、高效液相层析等多种蛋白纯化方法。
[0005]但由于蛋白质在组织或细胞中是以复杂的混合物形式存在，每种类型的细胞都含有上千种不同的蛋白质，因此蛋白质的分离，提纯和鉴定是生物化学中的重要的一部分，至今还没的单独或一套现成的方法能移把任何一种蛋白质从复杂的混合蛋白质中提取出来，因此往往采取几种方法联合使用。例如：徐鹏伟等学者以脱脂火麻仁粉为原料，采用两种方法进行火麻仁蛋白的提取分离，碱提/酸沉法制备得到碱提蛋白，盐溶/盐析法制备得到盐提蛋白。盐提蛋白含量高于碱提蛋白含量，且外观色泽更加亮白。还有采用正电荷分子筛过滤等方法，获得的滤液经尺寸排阻色谱层析对蛋白进行纯化，或者将获得的滤液经阴离子交换层析对蛋白进行纯化，获得纯化溶液；其中，采用物理薄膜过滤加离心分离方式，也是一种常用分离方式，但是一般过滤多孔薄膜厚度在100nm
‑
100μm，过滤阻力大，过滤时间长因而过滤效率低。
[0006]因此，为了提升过滤效率，有必要设计一种更薄的分离薄膜。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于解决现有物理薄膜过滤加离心分离方式，薄膜厚度较大，过滤阻力大，导致过滤时间长、过滤效率低的问题，而提供了一种复合分离薄膜及其制备方法和用途。
[0008]为实现上述目的，本专利技术所提供的技术解决方案是：
[0009]一种复合分离薄膜，其特殊之处在于：包括自下而上设置的沉积衬底层、分离层以及固定保护层；
[0010]所述沉积衬底层和固定保护层均采用具有微米孔洞的多孔载体材料；
[0011]所述分离层采用具有纳米孔洞的多孔二维材料，厚度为0.3～50nm；
[0012]所述多孔二维材料由利用氧化物半导体纳米粉体剥离层状材料制备获得，且多孔二维材料的面积大于多孔载体材料中微米孔洞的面积。
[0013]进一步地，所述多孔二维材料为二维单层二硫化钼、二维单层石墨烯、二维单层MXene、二维单层二硫化钨、二维单层金属有机框架材料、二维单层云母片或者二维单层黑磷。
[0014]进一步地，所述多孔载体材料为金属合金多孔网、铜网、塑料网、或高分子薄膜网，当然也可采用其他不破坏带分离物质的载体材料；
[0015]进一步地，所述多孔载体材料的孔洞孔径为1
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200μm，优选1
‑
10μm。
[0016]进一步地，所述多孔二维材料的孔洞孔径低于150nm，具体孔洞尺寸范围可以在5
‑
150nm之间调整。
[0017]进一步地，所述分离层包括单层或多层具有纳米孔洞的多孔二维材料，单层时厚度为0.3
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2nm，多层时厚度一般不超过50nm，由多孔二维材料悬浮溶液沉积获得，优选不超过10nm。
[0018]上述复合分离薄膜的制备方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0019]1)利用氧化物半导体纳米粉体剥离层状材料制备具有纳米孔洞的多孔二维材料，即中国专利申请ZL2020109766223中公开记载的方法；
[0020]2)将步骤1)制备的多孔二维材料分散在溶剂中，搅拌均匀，得到悬浮溶液；所述悬浮溶液中多孔二维材料的含量为0.5％～30％；
[0021]3)将步骤2)得到的悬浮溶液悬浮沉积在沉积衬底层上，形成分离层，在沉积形成分离层时，有可能是单层材料，也有可能是多层材料，但为了获得厚度较为均一的分离层，步骤2)中必须搅拌均匀，以便获得分离效果均衡的薄膜；
[0022]4)在步骤3)形成的分离层上覆盖一层固定保护层，待溶剂挥发后，干燥得到复合分离薄膜。
[0023]进一步地，步骤2)中，所述溶剂为水或乙醇。
[0024]本专利技术还提供了上述复合分离薄膜在分离纯化不同粒径纳米颗粒、高分子、蛋白质或病毒中的应用。
[0025]本专利技术的优点是：
[0026]1.根据二维材料剥离制备特性，将采用中国专利申请ZL2020109766223技术方案剥离制备的微米级尺寸二维单层多孔材料作为过滤薄膜，与具有微米级孔洞的多孔载体材料复合制成微米级厚度的复合分离薄膜，利用二维单层材料上随机形成的纳米级孔洞(一
般在100nm以下，也有100～150nm之间的孔洞，由于是利用热敏半导体纳米粉体吸附辅助剥离制备二维材料，然后将吸附饱和的纳米颗粒和二维材料复合体，进行采用加热或者超声分离两者进一步得到二维材料，纳米颗粒在与二维材料分离过程会在表面形成随机分布的孔洞，所以在二维材料表面自然形成的多孔二维材料)对于蛋白或者病毒等生物大分子溶液，亦或纳米颗粒、高分子可以实现进行高效物理分离，而不会破坏其性状。
[0027]2.由于分离层采用纳米厚度多孔薄膜，所以过滤阻力比厚度更厚的其他薄膜阻力要小，加上离心机辅助效率会更高。而且物理分离过程，不会破坏过滤高分子、纳米颗粒、蛋白质或病毒的组成或结构；在薄膜过滤一段时间堵塞后，可以采用水或者溶剂反向冲洗恢复，由于薄膜厚度一般在10nm以下，所以反向洗剂恢复薄膜阻力也会很小，可以循环使用，再生方法简便，起到节能和高效的效果。
[0028]3.由于二维材料普遍的憎水性或憎油性，超薄二维材料可以导致过滤阻力减小的优势，具有对于水或者有机溶剂蛋白、病毒等大分子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合分离薄膜，其特征在于：包括自下而上设置的沉积衬底层、分离层以及固定保护层；所述沉积衬底层和固定保护层均采用具有微米孔洞的多孔载体材料；所述分离层采用具有纳米孔洞的多孔二维材料，厚度为0.3～50nm；所述多孔二维材料由利用氧化物半导体纳米粉体剥离层状材料制备获得，且多孔二维材料的面积大于多孔载体材料中微米孔洞的面积。2.根据权利要求1所述复合分离薄膜，其特征在于：所述多孔二维材料为二维单层二硫化钼、二维单层石墨烯、二维单层MXene、二维单层二硫化钨、二维单层金属有机框架材料、二维单层云母片或者二维单层黑磷。3.根据权利要求2所述复合分离薄膜，其特征在于：所述多孔载体材料为金属合金多孔网、铜网、塑料网、或高分子薄膜网。4.根据权利要求3所述复合分离薄膜，其特征在于：所述多孔载体材料的孔洞孔径为1
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200μm。5.根据权利要求4所述复合分离薄膜，其特征在于：所述多孔二维材料的孔洞孔径低于150nm。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：苏力宏，王锡桐，郝羽翀，杨凤霞，李越飞，葛岩，锁永永，王波，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：