傳統石油基聚合物膜材料在其服役周期完成后，既難再生、回收又難降解處理，從而造成環境污染壓力。生物基聚合物微孔膜有望解決這一問題，在一次性水深度過濾膜、血液凈化及污水處理兼碳源緩釋膜方面具有應用前景。中國科學院寧波材料技術與工程研究所研究員劉富帶領的液體分離與凈化團隊近年來系統開展了生物基聚合物微孔膜的可控合成制備及應用研究。在聚乳酸微孔膜的結構控制及制備方面，已經制備了梯度結構的微孔膜（Journal of Membrane Science 2015, 478, 96-104），及表面肝素化/類肝素化改性微孔膜。如通過多巴胺固定肝素（Journal of Membrane Science 2014, 452, 390-399）、表面APTES固定肝素（RSC Advances, 2016, 6, 42684-42692）改善其表面相容性，通過表面兩性離子化（Journal of Membrane Science 2015, 475, 469-479）、表面PEG化（RSC Advances 2015, 5, 107949-107956， ACS Applied Materials & Interfaces 2015, 7, 17748-17755）改善聚乳酸微孔膜的親水及血液相容性。

　　聚乳酸特別是薄壁（如透析膜壁厚40微米）中空纖維膜對耐熱具有更高要求，然后在快速溶液相轉化過程中，難以實現結晶度提高。針對此問題，研究人員發展了一種界面交聯誘導結晶技術解決了聚乳酸微孔膜的結晶及耐熱瓶頸問題。具體在聚乳酸微孔膜表面通過基于硅烷偶聯劑的嵌段共聚物PVP-VTES預聚物的界面交聯聚合，誘導聚乳酸發生結晶，結晶度可提高到35%，從而將耐熱溫度提高到100度，大大提高其尺寸及微結構穩定性，解決了其干燥及滅菌問題，界面誘導機理及耐熱結果如圖2所示。相關工作發表于RSC Advances（2016, 6, 20492-20499）。為了進一步調控聚乳酸微孔膜的表面微孔結構，提高其表面微孔分布均一性及尺寸，課題組通過β環糊精生物基致孔劑結合界面交聯，制備了具有超親水特性的聚乳酸超微濾膜，表面微孔成均勻圓形分布，相關工作發表在《膜科學雜志》（Journal of Membrane Science 2016, 513, 166-176）上。界面交聯可以在預聚物合成時引入具有反應性的環氧官能團如GMA，從而將三組分共聚物通過硅化學的界面吸附溶脹交聯固定在膜表面，進一步通過共價鍵合將肝素負載在膜表面，從而同步提高了膜的親水性、耐熱性以及血液相容性，表面肝素化是提高血液相容性的主要因素。該工作發表在美國化學學會《生物材料科學與工程》（ACS biomaterials science & engineering，DOI: 10.1021/acsbiomaterials.6b00413），如圖1所示。除了表面肝素化相容性改善，研究人員制備了一種天然生物分子水蛭素，并通過氫鍵結合方式將其固定在經過界面交聯改性的聚乳酸微孔膜表面，從而不改變水蛭素分子的抗凝活性，通過系統的凝血四項（APTT、PT、TT、FIB）、血小板黏附以及補體激活特性綜合分析，提高了聚乳酸微孔膜的血液相容性，具有良好的透析性能，模擬透析實驗（模擬血液和透析液的流量分別設定為100 mL/min、300 mL/min）表明其對小分子（尿素，79 mL/min；肌酐，74 mL/min）以及中分子（溶菌酶，34 mL/min）有害物質具有相對較高的清除率。相關工作發表在《膜科學雜志》（Journal of Membrane Science）上，如圖2和3所示。

　　以上工作得到了中科院青年創新促進會（2014258）和國家自然科學基金(51473177，51273211)的大力支持。

圖1 界面交聯誘導聚乳酸微孔膜結晶及肝素化機理

圖2 氫鍵結合水蛭素聚乳酸微孔膜的凝血四項性能

圖3 水蛭素結合聚乳酸微孔膜模擬透析性能