CN111603942A - 一种基于界面组装方式的蛋白分离膜、制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于界面组装方式的蛋白分离膜、制备方法及其应用，属于蛋白分离膜技术领域，该分离膜是是由牛血清白蛋白(BSA)与表面活性剂在油和水界面发生静电相互作用后自组装而成的二维纳米薄膜。本发明分离膜具有低成本，环保，制备工艺简单等优点，并且具有良好的生物相容性。根据界面组装的特点，分离膜的尺寸大小由界面的大小决定，所以更容易实现大面积制备。该分离膜对不同电荷的分子具有选择性分离，对负电荷的分子能够完全截留，对带有正电荷的小分子有较快的扩散速率，是一种较为理想的分离膜。

Description

一种基于界面组装方式的蛋白分离膜、制备方法及其应用
技术领域
本发明属于蛋白分离膜技术领域，具体涉及一种基于界面组装方式的蛋白分离膜、制备方法及其应用。
背景技术
近年来，膜分离技术得到了迅速发展，且被世界上多个国家列为重点发展项目。
膜分离作为一项高新技术，目前已在环保、水处理、化工、冶金、能源、食品等多个领域得到了广泛的应用。在膜分离的研究领域中，对膜材料的研究是一项重要内容。目前常用的膜材料主要为有机合成高分子材料，然而聚合物膜的制备方法复杂，在制备过程中带来不可避免的局限性，影响生物膜的分离性能。另一方面，由于其具有良好的内在生物相容性和生物降解性，生物膜一直以来都是现代膜材料发展的灵感来源。
因此，开发具有良好分离性能的同时，还具有简单易行，价格低廉的生物分离膜具有重要的现实意义。
发明内容
针对现有技术中存在的聚合物膜制备工艺复杂等缺陷，本发明提供了一种基于界面组装方式的蛋白分离膜、制备方法以及该分离膜的应用，该制备方法简单，易实现大面积制备，同时又具有低成本、低能耗、环保等特点，可避免了传统聚合物膜合成过程中的步骤繁琐及环境污染问题。
本发明通过如下技术方案实现：
一种基于界面组装方式的蛋白分离膜，是由牛血清白蛋白(BSA)与表面活性剂在油和水界面发生静电相互作用后自组装而成的二维纳米薄膜。
优选地，所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)。
优选地，所述二维纳米薄膜的厚度范围是3.2nm-625nm。
本发明还提供了一种基于界面组装方式的蛋白分离膜的制备方法，具体步骤如下：
步骤一：配置含牛血清白蛋白(BSA)的PBS缓冲溶液；
步骤二：将步骤一配置的含牛血清白蛋白(BSA)的PBS缓冲溶液与表面活性剂混合，然后加入2-乙基-1-己醇(异辛醇)溶液，异辛醇由于与水不互溶形成油水界面；
步骤三：将步骤二中的混合溶液中加入戊二醛溶液进行交联，室温培育1-2小时，即可在油水界面观察到一层BSA蛋白二维纳米薄膜。
优选地，步骤一中所述含牛血清白蛋白(BSA)的PBS缓冲溶液的浓度为1-20mg/ml。
优选地，步骤一中所述的含牛血清白蛋白(BSA)的PBS缓冲溶液的pH值为7。
优选地，步骤二中所述含牛血清白蛋白(BSA)的PBS缓冲溶液与表面活性剂的体积比为1：1
优选地，步骤二中所述的2-乙基-1-己醇与混合溶液的体积比为1：4。
优选地，步骤二中所述的表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵。
优选地，步骤三中所述的戊二醛溶液的质量分数为2％。
本发明还提供了一种基于界面组装方式的蛋白分离膜在混合染料分离中的应用，其中，所述的混合染料为亚甲基蓝和甲基橙，或者甲基蓝和罗丹明B。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
1、本发明制备的分离膜由BSA蛋白紧密堆积而成，无色透明，为纯蛋白质膜，根据BSA蛋白的浓度可以控制膜的厚度。
2、本发明制备的分离膜具有较好的生物相容性和生物降解性，由于BSA蛋白分离膜表面带有强正电荷，其在中性环境下对带负电荷的染料能够有效地截留，而对带正电荷的染枓分子截留效果不明显，从而该分离膜能够有效地应用于混合染料溶液的选择性分离。
3、本发明分离膜能够有效分离亚甲基蓝和甲基橙、甲基蓝和罗丹明B。
4、本发明分离膜制备方法简单，易实现大面积制备，同时又具有低成本、低能耗、环保等特点，避免了传统聚合物膜合成过程中的步骤繁琐及环境污染问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1是本发明实施例2中交联BSA蛋白膜的原子力显微镜图，A为蛋白膜的原子力平面图，B为蛋白膜的原子力显微镜高度图(即膜厚)；
图2是本发明实施例1中交联BSA蛋白膜的光学显微镜平面图；
图3是本发明实施例1中交联BSA蛋白膜的透射电镜平面图；
图4是本发明实施例1得到的分离膜对甲基蓝和罗丹明B的分离；
图5是本发明实施例1得到的分离膜对亚甲基蓝和甲基橙的分离。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
本发明提供了一种基于界面组装方式的蛋白分离膜，由牛血清白蛋白(BSA)与表面活性剂在油和水界面发生静电相互作用后自组装而成的二维纳米薄膜。
所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)。
所述二维纳米薄膜的厚度范围是3.2nm-625nm。
实施例1
将1ml 2mg/ml的BSA的PBS缓冲溶液(pH＝7)与1ml 3mg/ml CTAB水溶液等体积混合在直径为3.5cm的培养皿中，然后加入400μL 2-乙基-1-己醇溶液，接着在溶液里加入25μL戊二醛溶液，在室温培育1-2小时，即可在油水界面观察到一层BSA蛋白二维纳米薄膜。
实施例2
本实施例中，用等体积4mg/mLBSA的PBS缓冲溶液(pH＝7)与1ml 6mg/ml CTAB水溶液替换实施例1中2mg/ml的BSA的PBS缓冲溶液(pH＝7)与3mg/ml CTAB水溶液，其他步骤与实施例1相同，得到分离膜。
实施例3
本实施例中，用等体积6mg/mLBSA的PBS缓冲溶液(pH＝7)与1ml 9mg/ml CTAB水溶液替换实施例1中2mg/ml的BSA的PBS缓冲溶液(pH＝7)与3mg/ml CTAB水溶液，其他步骤与实施例1相同，得到分离膜。
实施例4
本实施例中，用等体积8mg/mLBSA的PBS缓冲溶液(pH＝7)与1ml 12mg/ml CTAB水溶液替换实施例1中2mg/ml的BSA的PBS缓冲溶液(pH＝7)与3mg/ml CTAB水溶液，其他步骤与实施例1相同，得到分离膜。
实施例5
本实施例中，用等体积10mg/mLBSA的PBS缓冲溶液(pH＝7)与1ml 15mg/ml CTAB水溶液替换实施例1中2mg/ml的BSA的PBS缓冲溶液(pH＝7)与3mg/ml CTAB水溶液，其他步骤与实施例1相同，得到分离膜。
对实施例1～5中制备的交联BSA蛋白纳米薄膜进行原子力和扫描电子显微镜表征，结果显示其对应的膜厚度依次为3.2nm、12nm(图1)、32nm、500nm、625nm，光学显微镜图像(图2)和扫描电镜图像(图3)显示出成功组装的微米级蛋白膜。从褶皱和折叠的边缘也可以看出，蛋白质膜具有高度的柔韧性和独立性。
实施例6
本发明制备的一种基于界面组装方式的蛋白分离膜在混合染料分离中的应用，其中，所述的混合染料为亚甲基蓝和甲基橙，或者甲基蓝和罗丹明B。
具体方法如下：
将实施例1制备的分离膜漂浮于3mL超纯水中，分别在该膜上滴加20μL含50mg/L亚甲基蓝和50mg/L甲基橙的水溶液、25μL含50mg/L甲基蓝和50mg/L罗丹明的水溶液，室温静置12小时后，采用紫外可见吸收光谱对溶液进行透过性监控。实验结果显示，该分离膜由于带有强正电荷，其在中性环境下对带负电荷的染料能够有效地截留，而对带正电荷的染枓分子截留效果不明显，甲基蓝的截留率约为100％、罗丹明B的截留率约为21％、亚甲基蓝的截留率约为1.4％、甲基橙的截留率约为92％，能够实现甲基蓝和罗丹明B(图4)、亚甲基蓝和甲基橙(图5)的快速、有效分离。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种基于界面组装方式的蛋白分离膜，其特征在于，是由牛血清白蛋白(BSA)与表面活性剂在油和水界面发生静电相互作用后自组装而成的二维纳米薄膜。
2.如权利要求1所述的一种基于界面组装方式的蛋白分离膜，其特征在于，所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵。
3.如权利要求1所述的一种基于界面组装方式的蛋白分离膜，其特征在于，所述二维纳米薄膜的厚度范围是3.2nm-625nm。
4.如权利要求1所述的一种基于界面组装方式的蛋白分离膜的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一：配置含牛血清白蛋白(BSA)的PBS缓冲溶液；
步骤二：将步骤一配置的含牛血清白蛋白(BSA)的PBS缓冲溶液与表面活性剂混合，然后加入2-乙基-1-己醇(异辛醇)溶液，异辛醇由于与水不互溶形成油水界面；
步骤三：将步骤二中的混合溶液中加入戊二醛溶液进行交联，室温培育1-2小时，即可在油水界面观察到一层BSA蛋白二维纳米薄膜。
5.如权利要求4所述的一种基于界面组装方式的蛋白分离膜的制备方法，其特征在于，步骤一中所述含牛血清白蛋白(BSA)的PBS缓冲溶液的浓度为1-20mg/ml；所述的含牛血清白蛋白(BSA)的PBS缓冲溶液的pH值为7。
6.如权利要求4所述的一种基于界面组装方式的蛋白分离膜的制备方法，其特征在于，步骤二中所述含牛血清白蛋白(BSA)的PBS缓冲溶液与表面活性剂的体积比为1：1；所述的2-乙基-1-己醇与混合溶液的体积比为1：4。
7.如权利要求4所述的一种基于界面组装方式的蛋白分离膜的制备方法，其特征在于，步骤二中所述的表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵。
8.如权利要求4所述的一种基于界面组装方式的蛋白分离膜的制备方法，其特征在于，步骤三中所述的戊二醛溶液的质量分数为2％。
9.如权利要求1所述的一种基于界面组装方式的蛋白分离膜在混合染料分离中的应用。
10.如权利要求9所述的一种基于界面组装方式的蛋白分离膜在混合染料分离中的应用，其特征在于，所述的混合染料为亚甲基蓝和甲基橙，或者甲基蓝和罗丹明B。
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