核孔膜（徑跡蝕刻膜）原理、特點及應用

一、什么是核孔膜

核孔膜也稱徑跡蝕刻膜，軌道蝕刻膜，是用核反應堆中的熱中子使鈾235裂變，裂變產生的碎片穿透有機高分塑料薄膜，在裂變碎片經過的路徑上留下一條狹窄的輻照損傷通道。這通道經氧化后，用適當的化學試劑蝕刻，即可把薄膜上的通道變成圓柱狀微孔。控制核反應堆的輻照條件和蝕刻條件，就可以得到不同孔密度和孔徑的核孔膜。

核孔膜的材料為各種絕緣固體薄膜，常用的有聚碳酸酯（PC），聚酯（PET），聚酰亞胺（PI）,聚偏氟乙烯（PVDF）等，聚碳酸酯目前是使用最多的材料，蝕刻靈敏度高，蝕刻速度大，可制作小孔徑的核孔膜，最小孔徑達0.01μm. 例如比利時it4ip 核孔膜的孔徑為0.01-30μm核孔膜，且具備生產聚酰亞胺的核孔膜的技術。德國SABEU 能夠生產可供醫療用的孔徑為0.08-20μm聚碳酸酯，聚酯和PTFE材質的核孔膜。

核孔膜幾何形狀規則，孔徑均勻，基本是圓柱形的直通孔，過濾時大于孔徑的微粒被截留在濾膜表面，是電介質薄膜，就不存在濾膜本身對濾液的污染，是精密過濾和篩分粒子的理想工具。核孔膜的機械強度高，柔韌性好，能忍受反復洗滌，因此可以多次重復使用。

二、核孔膜的基本參數

核孔膜的孔徑大小，孔長（膜厚度），孔密度是基本參數。孔徑大小由蝕刻時間決定，通過控制化學蝕刻時間，可獲得特定孔徑的核孔膜。固定蝕刻過程中可獲得精確且具有狹窄孔徑分布的核孔膜，可提供精確的過濾值，能夠在過濾過程中高效準確的排除顆粒，適合嚴格的過濾操作，例如用于合成納米或微米物質的模板，用于癌細胞過濾分離等。

孔密度等于垂直照射在單位面積薄膜上的重離子數目，控制重離子流量，可獲得特定孔密度的核孔膜。通過調節光束，可獲得從每平方厘米1000個孔到每平方厘米1E+09個孔的孔密度。常用孔隙度表示孔密度的大小，孔隙度是指微孔總面積與微孔分布面積的比值， 如果孔密度過大，重孔率會顯著增大，會破壞孔徑的單一性，孔隙率一般是小于10%，it4ip 可提供孔隙度40%左右的核孔膜。

核孔膜的長度或核孔膜的厚度與材料種類、重離子核素種類和能量有關，用裂變碎片制作的核孔膜厚度等于或小于10μm，采用重離子加速器產生的重離子能量較高，可制作較厚的核孔膜。厚度大，機械強度較大，液體和氣體通過核孔膜的速度也變小。

通過選擇孔徑，孔密度和過濾膜厚度，可生產具有特定水和空氣流速的核孔膜。

除以上基本參數外，空隙排列也是核孔膜的重要參數，除垂直90度孔，還有多角度孔，例如平行傾斜孔，交叉正負45度。例如用+45°/-45°孔的徑跡蝕刻膜過濾器合成3D互連納米線網絡的模板。

三、核孔膜與纖維素膜的比較

實驗室和工業上使用的微孔膜種類繁多，常用的是曲孔膜，又稱化學膜或纖維素膜，這些膜的微孔結構不規則，與塑料泡沫類似，實際孔徑比較分散，而核孔膜標稱孔徑與實際孔徑相同，孔徑分布窄，可用于精確的過濾。

核孔膜與纖維素膜有很大區別，核孔膜在許多方面比纖維素膜好，主要優點有：

w   截留特性好。核孔膜的孔徑形狀規則，大小均一，能精確截留大于孔徑的顆粒，把大于孔徑的粒子截留在濾膜表面進行分離。而混合纖維素酯濾膜的孔徑在平均值周圍分散大，故截留性就差。

w   核孔膜透明，表面平整，光滑。這樣的膜有利于收集并借助光學顯微鏡進行粒子分析，對微生物觀察可直接在膜表面染色而膜本身不被染色，有利于熒光分析。

w   過濾速度大。核孔膜雖孔隙率低，但厚度薄，混合纖維素酯膜雖空隙率高，但厚度厚，又通道彎彎曲曲，大小不勻的迷宮式的，其過濾速度是不及核孔膜。

w   機械強度高，柔性好。 聚碳酸酯和聚酯核孔膜的抗拉強度大于200㎏／㎝2，混合纖維素酯濾膜遠不及核孔膜柔性好。

w   化學穩定性好。核孔膜可以耐酸和絕大部分有機溶劑的浸蝕，其化學穩定性比混合纖維素酯膜好。

w   熱穩定性好：核孔膜可經受140 ℃高溫，而不影響其性能，故可反復進行熱壓消毒而不破裂和變形，混合纖維素膜耐120℃。低溫對核孔膜性能也無明顯影響。

w   生物學特性好：核孔膜即不抑菌，也不殺菌，也不受微生物侵蝕，借助適當的培養基，細菌和細胞可直接生長在濾膜上，可長期在潮濕條件下工作，而混合纖維素酯不行。

w   核孔膜沒有粒子，纖維等脫落，不會象其它濾紙一樣污染濾液。可制成憎水膜（用于大氣污染監測等）親水膜等。

w   自重輕，重量一致性好，吸水性低，灰份少，膜不易受潮變質，而混合纖維素膜則易受濕變質。

四、核孔膜的應用

核孔膜具有精確和均勻的孔徑，是精確保留小顆粒的理想選擇，可應用于過濾技術，實驗室分析，醫療，制藥，化學、食品，細胞生物學，微生物學，納米技術及汽車電子等領域。

 1、氣體液體過濾

核孔膜能過濾液體和氣體中的固態物質，如細菌、病毒等顆粒狀的雜質，用于空氣凈化、超純氣體或試劑制備，醫學過濾及消毒。例如SABEU 核孔膜用于軍團菌檢測。食品、飲料、化妝品中細菌的回收。

用于生命科學和醫療環境中的無菌排氣，既能保護實驗室環境免受微生物的侵害，也要保護活的微生物免受外部污染，確保無微生物通過與醫療設備的接觸進入患者體內，通向外部的開口的配備無菌空氣過濾器，能夠保護環境受潛在污染。TRAKETCH微孔過濾膜提供了可靠的屏障，符合 USP Class VI 的生物相容性，適合多種滅菌環境，平坦光滑的表面還會使液體形成液滴并從膜上流出，從而使膜保持干燥，確保無菌空氣排放。

病人和醫療設備的保護：用于保護病人和醫療設備的一次性用品，例如通風口，聽力設備，傳感器保護器和靜脈輸液器，TRAKETCH 微孔過濾膜具有精確的孔適用于無菌通氣和USP 等級的毒性測試，符合FDA 標準具有生物兼容性，具有超潔凈、不脫落，可提取等特點。

液體藥物的過濾：注射劑中不能含有大于3.5μm的固體顆粒，核孔膜能夠保證注射劑高質量的過濾。核孔膜能夠防止顆粒或細菌進入人體，SABEU制造的無PFOA核孔膜尤沒有纖維脫落適合用于輸液和藥物輸送系統。

2、醫療診斷領域

用于宮頸癌細胞的回收，循環細胞的分離，用流式細胞儀，熒光顯微鏡細胞計數等。

例如核孔膜用于薄層細胞學中的巴氏試驗，可有效回收細胞。用于液基薄層細胞學檢查（TCT篩查），回收宮頸癌細胞。It4ip 核孔膜用于眼部診斷細胞病理學，出色的細胞學制備，無需背景染色，只需少量液體樣本，對于眼液樣本有用，例如眼房水，玻璃體標本以及角膜和結膜刮片等。

3、生命科學

包括細胞培養，細胞分離檢測等。如極化動物細胞的培養，開發細胞培養嵌入皿等。也用于ICCP – 交互式細胞共培養板，非常適合細胞間通訊研究、外泌體研究、免疫學研究、再生醫學研究、共培養研究和免疫染色研究。

例如肺細胞和組織的培養，與海綿狀的膜不同，TRAKETCH 核孔膜不讓細胞進入材料并粘附到孔里，而是在平坦光滑的表面進行生長，不損害組織情況下，可以方便剝離組織用于檢查或者進一步使用，此原理有利于移植的皮膚細胞的培養。SABEU核孔膜還用于化妝品和醫藥行業，在徑跡蝕刻膜上進行的皮膚模型實驗。

4、汽車電子領域

汽車機動車排氣： TRAKETCH®離子徑跡膜的IP等級為67或68，由于具有精確的孔隙，可以為這些機械和電氣部件過濾液體和顆粒而成為理想的保護。

保護敏感電子產品：與其他膜相比，TRAKETCH®離子軌道膜具有均勻的孔徑和均勻的氣流。而且具有疏水和疏油性。這些特性可以保護在室外和濕度下使用的敏感電子設備，保護電子設備免受顆粒物的影響，同時保持對空氣的滲透性。

壓力補償元件：壓力補償元件 (PCE) 由疏水和疏油過濾膜（不含 PFOA）組成，可補償產生的壓力變化，同時阻止外部水分和顆粒。用于多種電子產品、照明系統、包裝物及電子醫療設備等。

6、納米技術

用于納米材料合成的模板，例如自支撐的三維互連的納米管和納米線

使用軌道蝕刻膜作為多功能模板加工方法，用于生長易于調整幾何尺寸和空間排列的大型三維互連納米線或納米管陣列。