近日，我校先进分离膜材料全国重点实验室胡云霞教授团队在《Advanced Functional Materials》在线发表题为 “Unveiling an ‘Anchor and Brush’ Nanostructure: Synergistic Co-Assembly of Amyloid Lysozyme and Hydrophilic Poly(2-ethyl-2-oxazoline) for Robust, Protein-Resistant Membranes” 的研究论文，阐述了团队在抗蛋白污染膜界面构筑与作用机制研究方面取得重要进展。我校纺织科学与工程学院博士研究生张雨和材料科学与工程学院博士研究生刚铭为论文共同第一作者，胡云霞教授为通讯作者，天津工业大学为唯一通讯单位。             

膜污染是制约分离膜在生物制药、食品加工、蛋白质分离及高污染废水处理等领域长期稳定运行的关键瓶颈。传统聚醚砜等高分子膜材料虽然具有优异的机械性能和加工性能，但其疏水表面容易诱导蛋白质非特异性吸附，进而导致孔道堵塞和通量衰减。因此，构筑稳定、亲水、低蛋白黏附的膜界面，是提升膜长期运行稳定性的关键，也是学院先进分离膜材料研究的重要方向之一。

针对上述问题，胡云霞教授团队提出了一种基于淀粉样溶菌酶（Lyz）与亲水性聚(2-乙基-2-噁唑啉)（PEOX）协同组装的生物杂化纳米涂层构筑策略。研究发现，PEOX/Lyz纳米涂层能够在聚醚砜膜表面形成独特的“锚定-刷层（Anchor and Brush）”纳米结构。其中，溶菌酶通过锚定作用附着于膜表面，发挥类似“分子黏胶”的作用，提高涂层稳定性；PEOX则富集于膜-水界面，形成高度水化的亲水聚合物刷层，从而有效削弱蛋白质与膜表面的非特异性相互作用，实现优异的抗蛋白黏附性能。

图1. PEOX/Lyz涂层膜的抗蛋白污染性能及作用机制。（A）不同PEOX/Lyz质量比下水化层厚度及牛血清白蛋白吸附量变化；（B）原始PES膜与涂层膜的蛋白吸附能对比；（C）PEOX/Lyz涂层膜与已报道抗污染超滤膜的蛋白吸附量和污染后通量恢复性能比较；（D）PEOX/Lyz涂层膜通过构建水化层和低吸附能界面协同抑制蛋白质黏附的作用机制示意图。

研究表明，表面富集的PEOX能够形成约9nm厚的稳定水化层，为蛋白质接近膜表面提供物理屏障；同时，纳米涂层显著降低蛋白质与膜表面的吸附能，构建低黏附能界面，抑制蛋白质稳定附着。优化后的改性膜蛋白吸附量低至1.7μg/cm²，并在不同电荷蛋白污染体系中均实现接近100%的通量恢复率。与已报道的抗污染超滤膜相比，PEOX/Lyz涂层膜在低蛋白吸附量和高通量恢复率方面表现出优异的综合性能，展现出良好的抗蛋白污染能力和易清洗特性。

该研究从分子协同组装、界面纳米结构及污染物相互作用机制出发，系统阐明了PEOX/Lyz生物杂化纳米涂层的构筑规律及抗污染机制，提出了利用蛋白质锚定作用与亲水聚合物刷层协同构建稳定抗污染膜界面的新策略，为高稳定性抗污染分离膜的表面结构设计提供了新的理论依据，也为生物制药、食品加工及高污染水处理等领域的膜污染控制提供了新的技术思路。

该研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和天津市科技计划项目的资助和支持。

（审稿：材料科学与工程学院 王春红 编辑：党委宣传部 李焕峰）

图片来源：材料科学与工程学院