论文部分内容阅读
目前,药用蛋白在免疫诊断试剂、免疫治疗以及科研中就有十分重要的作用。但是,药用蛋白质的质量和产量还不能满足市场的需求。因此,采用一种高效、低成本的方法来制备高质量的蛋白质具有重大的科研价值。碳纳米纤维（CNF）,因其耐高温、良好的化学稳定性、优异的导电性以及极大的比表面积受到科研人员的广泛关注。碳纳米纤维因其诸多优势,现如今CNF通过表面改性和结构设计等方式被开发应用在不同的领域,如能量存储电极、催化剂载体、分离膜和吸附剂。到目前为止,CNF材料在制备方法上已取得了巨大进展,包括衬底法、化学气相沉积、气相生长方法等,但是这些方法设备复杂而且操作难度制备条件难以控制,难以实现规模化生产。经过长期的研究发展,静电纺丝技术已经成为一种制备有机和无机纳米材料高效快捷的方法。其制备的纳米纤维极高的纵横比、结构可调控和制备纳米纤维的原料来源广泛等优点。静电纺CNF因其高表面积、易于功能化和化学稳定性的诸多优势,使其成为为生产高效蛋白质分离膜的首选材料,然而,传统的CNF,其孔径大部分属于微孔（孔径<1nm）,这对于蛋白质分子（1100nm）的吸附是没有效果的,导致CNF的蛋白质吸附能力难以得到提高,这就限制了在实际应用对中CNF在蛋白质分离纯化领域的发展。此外,由于碳材料与高分子材料相比本身的脆性,使得cnf膜仅有较低的机械性能,这就很大程度上限制了cnf膜在蛋白质分离纯化设备中的应用。迄今为止,只有少数文献报告研究自支撑cnf膜材料。而且,这些自支撑cnf膜是脆性的,难以从变形中恢复原貌。因此,提高cnf膜的机械性能和有效孔隙已成为蛋白质中分离纯化实际应用的关键问题。本课题拟通过多组分静电纺丝以及纳米掺杂的方法制备一种具有多级孔结构且具有良好机械性能的cnf膜。将二氧化硅（SiO2）纳米颗粒掺杂在聚丙烯腈（pan）的溶液中,首先通过静电纺制备出前驱体杂化纳米纤维膜,然后将前驱体纳米纤维膜预氧化以及高温碳化制得SiO2掺杂碳（SiO2@c）纳米纤维膜。此外,纤维膜在碳化过程中采用原位氮掺杂的方法活化SiO2@c纳米纤维表面。通过本课题的研究我们成功制备了一种具有多级孔结构以及具有良好机械性能的SiO2@c纳米纤维膜。本研究中发现SiO2纳米颗粒的掺杂使得SiO2@c纳米纤维膜的柔性有了极大的提高,掺杂一定量SiO2纳米颗粒的SiO2@c纳米纤维膜的柔性可以与聚合物包装材料相媲美。当其弯曲半径小于100μm时,纤维依然保持良好的完整性,且能快速恢复至原状。机械性能的提升主要是由于SiO2@c纳米纤维中SiO2纳米颗粒和石墨片层起到类似“塑化剂”的作用,对外部压力和裂痕的扩展起到了一定的分解和抑制作用。由于SiO2@c纳米纤维膜具有粗糙结构和多级孔结构,SiO2@c纳米纤维膜在平均为3kpa的气压驱动下,最大水通量15202±1927l/m2/h,这相对于类似的商用聚合物膜高出一个数量级。因SiO2@c纳米纤维膜具有与蛋白质分子大小相适应的孔径以及吸附的作用,Si O2@C纳米纤维膜对牛血清白蛋白（BSA）最大吸附量达到了30±0.9mg/g。