温敏聚合物接枝纸基分离膜的制备和蛋白吸附研究
在生物分离领域，疏水作用膜色谱以制造过程简单、淋洗无需特殊组分、通用性好等优点越来越受人们的青睐。另外，膜色谱还具有分离效率高，生产运行压差小、易于规模化等特点。
本研究的目的是制备一种新型纸基疏水色谱膜，采用温敏性聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)与不同的大分子物质共聚后接枝在滤纸上制备出纸基色谱分离膜，研究膜接枝率、形态结构与蛋白的吸附关系。利用PNIPAM聚合物的两亲性，当温度高于低临界溶解温度(LCST)时表现出疏水特性，而当温度低于LCST时呈亲水性，实现对蛋白吸附和脱附的控制，从而达到分离提纯目的。
本研究通过在温敏性PNIPAM中引入亲水基团乙烯基吡咯烷酮(VP)、氧乙烯(EO)和疏水基团丙烯酸丁酯(BA)，考察其结构和蛋白吸附性能。结果表明:PNIPAM— PVP和PNIPAM-PEO由于形成亲水表层不利于蛋白吸附，而P(NIPAM—BA)共聚物由于BA基团的引入，其疏水性变强使得蛋白吸附及分离能力提高。另外将BA与NIPAM共聚降低了聚合物的LCST值，随着共聚物中BA含量增加其LCST值呈线性下降。
采用紫外光引发聚合法将主链为NIPAM、支链为P(NIPAM—BA)的支化共聚物接枝在滤纸上，使主链的LCST高于支链，当温度逐渐升高时，接枝聚合物的支链先收缩，随着温度继续上升主链也收缩，从而形成类似“葡萄串”的形态结构，该形态结构比光滑蜷缩球具有更大的比表面积。支链数量可通过接枝聚合时大分子单体的浓度控制。通过提高表面粗糙度办法来达到提高比表面积的目的。纸基膜的接枝率与单体浓度呈单调递增关系，通过改变单体总浓度，可制得具有不同接枝率的分离膜。
通过差示扫描量热法(DSC)和动态光散射法(DLS)等手段研究了具有P(NIPAM-BA)支链的温敏共聚物的蜷缩行为。DLS分析表明该接枝共聚物存在两次相转变过程;从DSC曲线中可以观察到两组独立的吸热峰，证实了双重相转变行为;扫描电镜分析进一步证明了接枝共聚物具有非光滑蜷缩表面形态。
制备并考察了三种接枝不同聚合物的纸基分离膜对蛋白的吸附/脱附，结果表明:所制得的膜对蛋白吸附能力依次为P(NIPAM-g-P(NIPAM-BA))＞P(NIPAM-BA)＞P(NIPAM-g-PEO)。另外，接枝P(NIPAM-g-PEO)的纸基分离膜对蛋白吸附需要较高盐浓度，而接枝P(NIPAM-g-P(NIPAM-BA))和P(NIPAM-BA)的分离膜无论是吸附还是脱附所需盐浓度均较低，并且呈现显著温敏性。
本研究利用共聚物的温敏特性实现纸基分离膜对蛋白吸附和脱附的控制，获得新型纸基疏水色谱蛋白分离膜，有望应用于蛋白分离纯化。
温敏聚合物;疏水色谱分离膜;滤纸基膜;支化共聚物;紫外光引发接枝;蛋白分离
北京化工大学
博士
材料科学与工程
陈晓农
2013
中文
TB383;TQ028.8
125
2013-12-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）