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1、紫外光接枝法制备新型离子识别功能膜唐橙橙基金项目：感谢国家自然科学基金项目（20704041），国家重点基础研究发展计划（973计划）（批准号：2009CB6234007）以及中国科学院王宽诚教育基金会的资助。联系人简介：王丽华，女，博士，副研究员，主要从事高分子膜材料制备及膜分离研究。E-mail：wanglh@iccas.ac.cn,2王丽华1*贠延滨2*施艳荞1(1.新材料实验室中国科学院化学研究所,北京1001902.环境科学与工程学院北京林业大学,北京100086)摘要:采用4-叔丁基杯[4]芳烃和聚苯乙烯-b-丙烯醇(PS
2、-co-PAAL)为原料合成具有离子识别功能材料聚苯乙烯-b-丙烯氧基-4-叔丁基杯[4]芳烃｡然后用紫外光接枝法将其接枝到聚丙烯腈(PAN)微孔膜表面,制得具有离子识别功能的新型膜,接枝量为:1.344mg/cm2｡通过FT-IR､1HNMR､ATR､SEM以及AFM等手段对功能材料和功能膜的结构进行了表征｡结果表明,实验室自行合成的聚苯乙烯-b-丙烯氧基-4-叔丁基杯[4]芳烃在PAN膜的表面形成了厚约10um的致密皮层｡最后,采用自行设计的膜运输装置,对膜的离子识别功能进行了检测｡通过与非功能材料(丙烯酸)接枝膜的对比,可以确认
3、本文制备和表征的离子识别膜能选择性的识别和运输Na+和K+,是一种阳离子识别型功能膜｡关键词:紫外光接枝,离子识别,杯[4]芳烃生物体系各部件之间的近乎完美的协同运作是在长时间自然选择过程中的胜利者,模仿生物体系的部分功能或结构设计特定的合成微机械体系是当前仿生学和纳米技术研究的前沿领域｡细胞膜上的离子通道是维系生命体正常生命过程的至关重要的元件｡它由若干组膜蛋白的复合体构成,通过膜蛋白分子响应外界刺激､改变其构象来完成通道的打开和关闭动作,从而在细胞内外交换物质､传递信号等｡离子通道的特点是:⑴选择性｡一种离子通道往往只允许一种或少
4、数几种离子通过｡⑵饱和性｡离子通道开放后,运输速度在一定范围内随离子浓度提高､内外离子运输梯度的加大而不断加快;但是超过一定浓度后,速率不再增加｡⑶可控制性｡离子通道的开放和关闭受到严格的控制｡⑷离子通道蛋白参与的只是被动运输,在运输过程中不消耗ATP｡⑸离子通道的运输速度很快,每秒钟可有108个离子通过[1]｡生物离子通道这种高效低耗的特点是当今任何膜技术无法企及的,若能制备出类似生物离子通道功能的对离子有识别和选择性的功能膜,并将之应用到实际的分离体系中将是对膜分离领域的重大贡献｡人工离子通道是模仿生物离子通道人工制备的孔径在几十
5、纳米以下的孔道体系,至今已有二十几年的发展,主要用于分离金属离子､离子选择性迁移的载体以及传感器等[2-4]｡自组装是构筑人工离子通道最常用的方法,有影响力的工作包括Percec等[5,6]利用自组装的方法将带有冠醚的树枝状分子构筑阳离子的柱状通道;Davis等[7-9]将四个鸟嘌呤核苷利用氢键的自组装的形成柱状阳离子通道;SidorovV[10]等用同样的方法,构筑了Cl-的阴离子通道｡近几年来,利用冠醚､环糊精､杯芳烃和卟啉等超分子化合物受体制备人工离子传输通道得到了快速发展[11-13]｡随后,膜科学研究人员利用这一理念将超分子
6、化合物固定在聚合物支撑层上制备出分子识别型或响应型智能膜,从而发挥分子识别功能,应用于电化学､药物控释和生物传感器等方面[14-16]｡本文从模仿生物膜离子通道功能的角度出发,以4-叔丁基杯[4]芳烃及聚苯乙烯-b-丙烯醇为原料,制备一种对Na+有特殊选择性的功能膜材料｡然后,利用紫外光接枝法将其接枝到聚丙烯腈(PAN)微孔膜的单侧表面,形成只对单侧膜孔有封堵作用的对Na+有识别和选择性的功能膜｡本文将重点介绍此种离子识别膜的制备方法､微观结构和对Na+的选择识别性｡关于其应用方面的研究将在以后的研究中做后续报道｡1实验部分1.1实验
7、材料4-叔丁基杯[4]芳烃,98%,日本东京化成株式会社;甲苯-4-磺酰氯,98.5%,国药集团化学试剂有限公司;聚苯乙烯-b-丙烯醇,SigmaAldrichChemistryCompany;4-二甲胺基吡啶,AlfaAesarCo.;二苯甲酮(BP)､高碘酸钠､三乙胺均为分析纯,国药集团化学试剂有限公司;聚丙烯腈(PAN)微孔膜,支撑层为聚酯无纺布,上海蓝景膜技术有限公司;紫外光接枝反应器,自制;膜运输测试仪,自制｡1.2分析测试仪器三用紫外分析仪(ZF-C型),上海康禾光电仪器有限责任公司;傅里叶红外光谱仪(BRUKEREQUI
8、NOX55),采用KBr压片,A&D公司;扫描电子显微镜(S-3400N),样品膜于液氮中深度冷冻,断裂,以金为阴影剂;衰减全反射光谱仪(TENSOR27),BRUKER公司;原子力显微镜(Dimension3100),
