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IT4IP核孔膜(徑跡蝕刻膜)原理、特點及應用
更新時間:2023-05-21   點擊次數:304次

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IT4IP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。IT4IP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,IT4IP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。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,IT4IP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。IT4IP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。



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