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江南大學(xué)膜科學(xué)與膜過程團(tuán)隊《Sci. Adv.》：源于自然 - 可用于藥物分離純化的聚酯納濾膜
2023-05-08  來源：高分子科技

  隨著“健康中國”發(fā)展戰(zhàn)略的提出，我國制藥行業(yè)迎來了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。在抗生素類藥物生產(chǎn)過程中，由于發(fā)酵液中微生物生長環(huán)境和生物活性的需要，需加入一定量的無機(jī)鹽（如Na2SO4、NaCl等），因此，藥物脫鹽技術(shù)是制藥過程中必不可少的重要環(huán)節(jié)。相比傳統(tǒng)藥物脫鹽技術(shù)，膜分離技術(shù)在過程能耗、工藝流程、綠色環(huán)保等方面具有顯著優(yōu)勢。高性能膜材料，尤其是納濾膜材料的發(fā)展是推進(jìn)膜技術(shù)在藥物脫鹽領(lǐng)域應(yīng)用的關(guān)鍵。目前商業(yè)化的納濾膜主要以聚酰胺膜為主，是通過酰氯單體與胺基單體在油/水界面處的縮聚反應(yīng)制備而成。然而，由于界面聚合反應(yīng)速率極快，導(dǎo)致商業(yè)化的納濾膜的分離層多為致密結(jié)構(gòu)，因此，該類膜對藥物分子和無機(jī)鹽均具有很高的截留效率，難以實現(xiàn)對藥物分子/無機(jī)鹽的選擇性分離。



圖1 生物基聚酯納濾膜的制備示意圖


  針對上述問題，江南大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院膜科學(xué)與膜過程團(tuán)隊（MSMP）的董亮亮副教授從界面聚合反應(yīng)中水相單體設(shè)計出發(fā)，利用甜菊糖苷（St）這一植物提取物為反應(yīng)單體，成功構(gòu)建了可用于藥物脫鹽的聚酯納濾膜（圖1）。與常規(guī)的水相單體（如胺類）相比，St具有如下優(yōu)點：（1） 分子尺寸大，能夠降低單體向界面局域的擴(kuò)散速度，增加界面聚合過程的可控性；（2）含有豐富的低反應(yīng)活性的醇羥基，能夠降低界面聚合速率，從而更好調(diào)控聚合程度；（3）分子結(jié)構(gòu)更為扭曲，分子的非共面性強(qiáng)，能夠提升分離層的自由體積，增加分離層結(jié)構(gòu)的疏松性。通過調(diào)控St單體濃度、NaOH的用量等，實現(xiàn)了對界面聚合過程的控制，進(jìn)而調(diào)控了聚酯分離層的厚度及表面結(jié)構(gòu)，制備出分離層厚度僅18 nm，且具有優(yōu)異藥物脫鹽性能的聚酯納濾膜（圖2）。同時，制備的納濾膜還具有優(yōu)異的耐氯性和抗污性能，有望用于抗生素類藥物的分離純化領(lǐng)域。該工作以“Microstructure optimization of bioderived polyester nanofilms for antibiotic desalination via nanofiltration”為題發(fā)表在《Science Advances》上。文章第一作者是江南大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院白云翔副教授，江南大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院碩士研究生劉貝貝和浙江大學(xué)博士后李嘉辰博士為論文共同第一作者，通訊作者為江南大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院董亮亮副教授和美國耶魯大學(xué)的Menachem Elimelech教授。該工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金面上項目等基金支持。 


圖2 制備的聚酯納濾膜的藥物脫鹽性能


  原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adg6134

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