Пути синтеза современных мембран часто идут по довольно сложным схемам, потому что макромолекулярная архитектура этих соединений должна представлять прочный полимерный каркас, несущий на себе крепко пришитые, заряженные группы . Изготовить такой материал, который отвечал бы всем требованиям технологических приложений, нелегко, и можно сказать, что это не только научная задача, а большое искусство. Молекулярный дизайн современных мембран отличается большим разнообразием, которое зависит не только от типа и природы заряженных фрагментов, но и от химической структуры несущей матрицы . Первые мембраны изготавливали из зернистых ионитов, так называемых ионообменных смол.
Кроме пористых ионообменных мембран существует множество других типов искусственных мембран, среди которых можно выделить толстые сплошные мембраны и очень тонкие бислойные липидные мембраны, состоящие из двух мономолекулярных слоев. ?
Трудности, связанные с получением биологических мембран, удовлетворительных по размерам и воспроизводимости, привели биологов к необходимости изучить возможности использования в качестве моделей искусственно приготовленных мембран. На искусственных мембранах сравнительно легко можно проводить измерения электродвижущей силы, чисел переноса, электропроводности и т. д.
Наномембраны
Наномембранами называют мембраны, которые содержат поры диаметром в доли микрона и менее. В частности, материалы, в которых размер пор строго контролируем и составляет от 2 до 50 нм, называются мезопористыми молекулярными ситами. Мелкие поры способны задерживать очень малые твердые частицы, а также микробы, вирусы, отдельные клетки и даже молекулы. Особое применение наномембраны находят в медицине. С помощью них можно выделять вирусы и белки, проводить гемодиализ - разделять компоненты крови, стерилизовать растворы (путем отфильтровывания микроорганизмов), выполнять микробиологический анализ воды. Интересное потенциальное применение связано с биоимплантатами. Клеточную структуру имплантата можно изолировать от остального организма замкнутой наномембраной. Тогда обмен между имплантатом и организмом необходимыми веществами будет осуществляться через нанопоры, а антитела, разрушающие инородные клетки, не смогут проникнуть через мембранный барьер.
Современный способ получения высокоэффективных наномембран - облучение сплошных полимерных пленок ускоренными тяжелыми ионами или продуктами распада радиоактивных элементов. Высокоэнергетические частицы, пролетая через слой полимера, оставляют треки - сквозные каналы диаметром около 10 нм, заполненные продуктами разрушения (деполимеризации) материала. В результате последующей обработки растворителем на месте каналов образуются поры, диаметр которых можно регулировать в широком интервале от 30 до 1000 нм.
Существует много других методов получения наномембран. Мембраны на основе оксида алюминия с упорядоченными нанопорами создают анодным окислением поверхности алюминиевой пластины. Нанопоры в пленке кремния образуются в результате кратковременной термической обработки сплошного слоя аморфного кремния. Наномембраны также формируют путем полимеризации органического соединения из раствора или в присутствии поверхностно-активного вещества. В результате ассоциации молекул последнего образуются цилиндрические каналы диаметром в несколько нанометров, пронизывающие насквозь полученную пленку. Ионообменные мембраны получают из ионообменных полимеров (смол), а также из некоторых неорганических соединений, обладающих ионной проводимостью (диоксид циркония, стабилизированный оксидом иттрия, оксид висмута и др.).
Выводы
В заключение этой работы можно отметить, что производство искусственных мембран и наномембран -- это отрасль биотехнологий, которая будет уверенно развиваться в ближайшем будущем и которая будет активно внедряться во многие сферы производства, но особое применение искусственные мембраны получат в медицине, которые позволят усовершенствовать уже существующие наработки и сделать много новых открытий.
Литература
Трековые мембраны нового поколения. В мире науки. 2005. № 12. С. 35.
Мулдер М. Введение в мембранную технологию. М.: Мир, 1999. 514 с.
Н. П. Березина. Синтетические ионообменные мембраны. Соросовский образовательный журнал, том 6, №9, 2000