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核孔膜(徑跡蝕刻膜)原理、特點(diǎn)及應(yīng)用

時(shí)間:2022/6/10閱讀:1178
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核孔膜(徑跡蝕刻膜)原理、特點(diǎn)及應(yīng)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(yīng)堆中的熱中子使鈾235裂變,裂變產(chǎn)生的碎片穿透有機(jī)高分塑料薄膜,在裂變碎片經(jīng)過的路徑上留下一條狹窄的輻照損傷通道。這通道經(jīng)氧化后,用適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)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(yīng)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(dá)0.01μm. 例如比利時(shí)it4ip 核孔膜的孔徑為0.01-30μm核孔膜,且具備生產(chǎn)聚酰亞胺的核孔膜的技術(shù)。德國SABEU 能夠生產(chǎn)可供醫(yī)療用的孔徑為0.08-20μm聚碳酸酯,聚酯和PTFE材質(zhì)的核孔膜。

核孔膜幾何形狀規(guī)則,孔徑均勻,基本是圓柱形的直通孔,過濾時(shí)大于孔徑的微粒被截留在濾膜表面,是電介質(zhì)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(jī)械強(qiáng)度高,柔韌性好,能忍受反復(fù)洗滌,因此可以多次重復(fù)使用。


二、核孔膜的基本參數(shù)

核孔膜的孔徑大小,孔長(膜厚度),孔密度是基本參數(shù)。孔徑大小由蝕刻時(shí)間決定,通過控制化學(xué)蝕刻時(shí)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(zhǔn)確的排除顆粒,適合嚴(yán)格的過濾操作,例如用于合成納米或微米物質(zhì)的模板,用于癌細(xì)胞過濾分離等。

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孔密度等于垂直照射在單位面積薄膜上的重離子數(shù)目,控制重離子流量,可獲得特定孔密度的核孔膜。通過調(diào)節(jié)光束,可獲得從每平方厘米1000個(gè)孔到每平方厘米1E+09個(gè)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(huì)顯著增大,會(huì)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(guān),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(chǎn)生的重離子能量較高,可制作較厚的核孔膜。厚度大,機(jī)械強(qiáng)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(chǎn)具有特定水和空氣流速的核孔膜。

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除以上基本參數(shù)外,空隙排列也是核孔膜的重要參數(shù),除垂直90度孔,還有多角度孔,例如平行傾斜孔,交叉正負(fù)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(wǎng)絡(luò)的模板。

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三、核孔膜與纖維素膜的比較

實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)上使用的微孔膜種類繁多,常用的是曲孔膜,又稱化學(xué)膜或纖維素膜,這些膜的微孔結(jié)構(gòu)不規(guī)則,與塑料泡沫類似,實(shí)際孔徑比較分散,而核孔膜標(biāo)稱孔徑與實(shí)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(qū)別,核孔膜在許多方面比纖維素膜好,主要優(yōu)點(diǎn)有:

w   截留特性好。核孔膜的孔徑形狀規(guī)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(jìn)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(xué)顯微鏡進(jìn)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(jī)械強(qiáng)度高,柔性好。 聚碳酸酯和聚酯核孔膜的抗拉強(qiáng)度大于200㎏/㎝2,混合纖維素酯濾膜遠(yuǎn)不及核孔膜柔性好。

w   化學(xué)穩(wěn)定性好。核孔膜可以耐酸和絕大部分有機(jī)溶劑的浸蝕,其化學(xué)穩(wěn)定性比混合纖維素酯膜好。

w   熱穩(wěn)定性好:核孔膜可經(jīng)受140 ℃高溫,而不影響其性能,故可反復(fù)進(jìn)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(xué)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(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)基,細(xì)菌和細(xì)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(huì)象其它濾紙一樣污染濾液。可制成憎水膜(用于大氣污染監(jiān)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(zhì),而混合纖維素膜則易受濕變質(zhì)。

四、核孔膜的應(yīng)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(yīng)用于過濾技術(shù),實(shí)驗(yàn)室分析,醫(yī)療,制藥,化學(xué)、食品,細(xì)胞生物學(xué),微生物學(xué),納米技術(shù)及汽車電子等領(lǐng)域。

 1、氣體液體過濾

核孔膜能過濾液體和氣體中的固態(tài)物質(zhì),如細(xì)菌、病毒等顆粒狀的雜質(zhì),用于空氣凈化、超純氣體或試劑制備,醫(yī)學(xué)過濾及消毒。例如SABEU 核孔膜用于軍團(tuán)菌檢測。食品、飲料、化妝品中細(xì)菌的回收。

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用于生命科學(xué)和醫(yī)療環(huán)境中的無菌排氣,既能保護(hù)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境免受微生物的侵害,也要保護(hù)活的微生物免受外部污染,確保無微生物通過與醫(yī)療設(shè)備的接觸進(jìn)入患者體內(nèi),通向外部的開口的配備無菌空氣過濾器,能夠保護(hù)環(huán)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(huán)境,平坦光滑的表面還會(huì)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(yī)療設(shè)備的保護(hù):用于保護(hù)病人和醫(yī)療設(shè)備的一次性用品,例如通風(fēng)口,聽力設(shè)備,傳感器保護(hù)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(jí)的毒性測試,符合FDA 標(biāo)準(zhǔn)具有生物兼容性,具有超潔凈、不脫落,可提取等特點(diǎn)。

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(zhì)量的過濾。核孔膜能夠防止顆粒或細(xì)菌進(jìn)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(tǒng)。

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2、醫(yī)療診斷領(lǐng)域

用于宮頸癌細(xì)胞的回收,循環(huán)細(xì)胞的分離,用流式細(xì)胞儀,熒光顯微鏡細(xì)胞計(jì)數(shù)等。

例如核孔膜用于薄層細(xì)胞學(xué)中的巴氏試驗(yàn),可有效回收細(xì)胞。用于液基薄層細(xì)胞學(xué)檢查(TCT篩查),回收宮頸癌細(xì)胞。It4ip 核孔膜用于眼部診斷細(xì)胞病理學(xué),出色的細(xì)胞學(xué)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(biāo)本以及角膜和結(jié)膜刮片等。

 

3、生命科學(xué)

包括細(xì)胞培養(yǎng),細(xì)胞分離檢測等。如極化動(dòng)物細(xì)胞的培養(yǎng),開發(fā)細(xì)胞培養(yǎng)嵌入皿等。也用于ICCP – 交互式細(xì)胞共培養(yǎng)板,非常適合細(xì)胞間通訊研究、外泌體研究、免疫學(xué)研究、再生醫(yī)學(xué)研究、共培養(yǎng)研究和免疫染色研究。

例如肺細(xì)胞和組織的培養(yǎng),與海綿狀的膜不同,TRAKETCH 核孔膜不讓細(xì)胞進(jìn)入材料并粘附到孔里,而是在平坦光滑的表面進(jìn)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(jìn)一步使用,此原理有利于移植的皮膚細(xì)胞的培養(yǎng)。SABEU核孔膜還用于化妝品和醫(yī)藥行業(yè),在徑跡蝕刻膜上進(jìn)行的皮膚模型實(shí)驗(yàn)。


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4、汽車電子領(lǐng)域

汽車機(jī)動(dòng)車排氣: TRAKETCH®離子徑跡膜的IP等級(jí)為6768,由于具有精確的孔隙,可以為這些機(jī)械和電氣部件過濾液體和顆粒而成為理想的保護(hù)。

保護(hù)敏感電子產(chǎn)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(hù)在室外和濕度下使用的敏感電子設(shè)備,保護(hù)電子設(shè)備免受顆粒物的影響,同時(shí)保持對空氣的滲透性。

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

6、納米技術(shù)

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(diào)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。

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