蘇州大學靳健J. Membr. Sci.：薄膜復合結構Janus膜在重力驅動下可快速分離微量血液

DOI:10.1016/j.memsci.2020.118853

糖尿病患者對血糖的實時準確監測要求很高。利用膜實現微量血液的快速分離對于準確測定血糖具有重要意義。在這項工作中，研究者通過在Ca3（PO4）2涂覆尼龍網上靜電紡絲聚氨酯（PU），設計了具有薄膜復合結構的Janus膜。通過優化膜的表面潤濕性、孔參數和非對稱結構，這種Janus膜在分離過程中表現出定向的液體傳輸性能和減少的液體損耗。當在孔徑為1.1μm左右的疏水側滴入體積為3μL的少量水時，僅在重力作用下該水滴即可在2.86s內穿透Janus膜，同時降低了液體損耗（D2/D1=1.27），這表明其具有出色的液體傳輸性能。配備該Janus膜的血糖儀可在7.2s內有效去除10μL血液中的紅細胞，而且血糖儀的靈敏度提高了4.5％。

圖1.用于分離微量血液的薄膜復合結構Janus膜的示意圖。

圖2.數字照片，由PU纖維層（上）作為疏水層和Ca3（PO4）2包覆尼龍網（下）作為親水層組成的Janus膜的SEM圖像及其相應的水接觸角。

圖3.不同涂覆循環的Ca3（PO4）2涂覆尼龍網的SEM和水接觸角圖像：（a）和（b）純尼龍；（c）和（d）CaP-1；（e）和（f）CaP-2；（g）和（h）CaP-3。

圖4.（a）純尼龍網，Ca3（PO4）2和Ca3（PO4）2涂覆尼龍網的XRD圖。（b）Ca3（PO4）2涂覆尼龍網的EDX分析。

圖5.水滴在Janus膜上從疏水層到親水層的動態潤濕行為的光學圖像：（a）CaP-1-PU-30；（b）CaP-2-PU-30；（c）CaP-3-PU-30。

圖6.不同電紡時間的PU纖維層的SEM圖像：（a）10分鐘；（b）30分鐘；（c）50分鐘。水滴在Janus膜上從疏水層到親水層的動態潤濕行為的光學圖像：（d）CaP-2-PU-10；（e）CaP-2-PU-30；（f）CaP-2-PU-50。

圖7.（a）膜結構示意圖：（1）Janus膜；（2）尼龍-PAN復合膜。水傳輸行為的照片：（b）CaP-2-PU-50疏水層上的水滴；（c）CaP-2-PU-50親水層上的水滴；（d）尼龍-PAN-50疏水層上的水滴；（e）尼龍-PAN-50親水層上的水滴。

圖8.水傳輸機理的示意圖：（a）Janus膜疏水層上的水滴；（b）Janus膜親水層上的水滴；（c）尼龍-PAN復合膜疏水層上的水滴；（d）尼龍-PAN復合膜親水層上的水滴。

圖9.膜分離之前（a）和之后（b）血液的光學顯微圖；（c）全血、離心后的血液和分離后的血液的紫外可見吸收光譜。

圖10.（a）帶有試紙的血糖儀；（b）帶有Janus膜和不帶有Janus膜的試紙；（c）全血、離心后的血液和分離后的血液的測試時間和血糖水平。