[發明專利]穩定化過濾裝置

在審

• 申請號: 202080016984.6
• 申請日: 2020-02-26
• 公開（公告）號: CN113453791A
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: S·伊薩克松;M·安德爾松
• 申請（專利權）人: 海納有限公司
• 主分類號: B01D71/74
• 分類號: B01D71/74;B01D67/00;B01D69/14;B01D69/10;B01D69/12;B01D71/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 黃登高;林毅斌

大分子膜結構(2)包含具有水引導整合膜蛋白(IMP)(1)的膜(3)并在第一表面上被二氧化硅層(4)包被。所述二氧化硅層(4)在維持所述水引導IMP(1)的水引導功能時穩定所述大分子膜結構(2)和所述水引導IMP(1)。由于這種穩定化，所述大分子膜結構(2)可在過濾裝置(5)中用于多種過濾操作，包括水純化。

技術領域

本發明總體上涉及大分子膜結構和包含這種大分子膜結構的過濾裝置及其在例如水過濾中的應用。

背景技術

潔凈水的可及性由聯合國確定為一項人權。然而，數億人無法接觸潔凈的飲用水且處于暴露在他們的飲用水中的污染物質的中毒水平的直接危險中。

水處理包括飲用水純化和廢水處理，其中兩項工藝通常都包括若干處理步驟以達到期望的純度水平。過濾常常應用在這些工藝中，例如，用來防止飲用水中不期望的化合物和限制通過廢水排放施加到海洋生態系統的污染程度。

水處理中使用的過濾器可分為兩大類：尺寸排阻過濾器和溶液-擴散過濾器。尺寸排阻過濾器具有一定的孔隙尺寸，并因此防止大于該孔隙的物質進入濾液，在本領域也叫滲透物。這些過濾器的局限是孔隙尺寸不能調整到足夠小的直徑以阻止，例如鈉和氯離子，穿過過濾器，這是從海水中生產飲用水(即脫鹽)所需要的。由于可用且足夠純凈的淡水量減少，從海水中生產飲用水正變得越來越普遍。溶液-擴散過濾器在脫鹽中至關重要，它常常通過反滲透(RO)進行。RO過濾器的選擇層通常由在界面聚合法中形成的薄膜復合材料(TFC)聚合物膜組成。通過TFC膜的水過濾是基于溶液-擴散機制，其中水首先在高化學勢的一側分子溶解于聚合物基質，由此水通過聚合物沿著化學勢梯度擴散，以最終在低化學勢的一側解吸。為了克服參與的滲透壓，使用泵驅動過濾過程。限速步驟是通過聚合物基質的擴散，其可以選擇性降低為代價來改善。因此，溶液-擴散過濾器受制于次優的水擴散速率，并且為此需要大量能量來純化水。

蛋白工程和納米技術的進展開拓了利用仿生進行高選擇性水處理的可能性。該方法背后主要的驅動力是將高選擇性與高通量組合的潛能，這用合成TFC膜是不可能的。由于生物組分比如水通道蛋白在它們的天然環境外穩定性有限，基于仿生的過濾器的開發已證實是有問題的。因此為了生產現實世界使用中足夠穩定的仿生過濾器，探索出了不同方法。為了穩定水通道蛋白探索的一種方法是將含水通道蛋白的支撐脂質雙層(SLB)或脂蛋白體(proteoliposome)沉積到多孔支撐體上。從科學產出來判斷，目前最普遍的方法是基于將水通道蛋白插入兩親性嵌段共聚物(BCP)雙層。水通道蛋白也已用其他有機分子比如bola型兩親分子(bolaamphiphile)，并在兩步法中穩定，在所述兩步法中兩親性肽用于最初的水通道蛋白穩定化，之后為后續的聚合穩定化。

US 9,943,812涉及穩定性和耐久性增強的過濾結構，該結構包括多孔支撐體，其中包括膜蛋白的大分子膜結構彼此固定且用接頭固定在支撐孔壁上。

WO 2010/040353涉及生產膜或薄織物以在流體間選擇性地運輸和/或過濾化合物的方法。該文獻公開了摻入聚合囊泡的天然的或基因工程改造的蛋白，所述聚合囊泡與絲線綴合以形成囊泡-絲線綴合物。

WO 2015/144724公開了一種過濾膜，其包含多孔支撐體和共價鍵合到其表面的層，該層包含其中摻有跨膜蛋白的多個囊泡。所述囊泡由兩親性嵌段共聚物形成，且所述囊泡共價連接在一起以形成粘附的團塊。

WO 2010/091078公開了一種包括聚合脂蛋白體的納米制造膜。該納米制造膜是生物納米融合的選擇性膜，使用具有化學活性生物相容性的間質基質的摻雜蛋白的UV-可交聯脂質體。