DOI:10.1016/j.memsci.2020.118853
糖尿病患者对血糖的实时准确监测要求很高。利用膜实现微量血液的快速分离对于准确测定血糖具有重要意义。在这项工作中,研究者通过在Ca3(PO4)2涂覆尼龙网上静电纺丝聚氨酯(PU),设计了具有薄膜复合结构的Janus膜。通过优化膜的表面润湿性、孔参数和非对称结构,这种Janus膜在分离过程中表现出定向的液体传输性能和减少的液体损耗。当在孔径为1.1μm左右的疏水侧滴入体积为3μL的少量水时,仅在重力作用下该水滴即可在2.86s内穿透Janus膜,同时降低了液体损耗(D2/D1=1.27),这表明其具有出色的液体传输性能。配备该Janus膜的血糖仪可在7.2s内有效去除10μL血液中的红细胞,而且血糖仪的灵敏度提高了4.5%。
图1.用于分离微量血液的薄膜复合结构Janus膜的示意图。
图2.数字照片,由PU纤维层(上)作为疏水层和Ca3(PO4)2包覆尼龙网(下)作为亲水层组成的Janus膜的SEM图像及其相应的水接触角。
图3.不同涂覆循环的Ca3(PO4)2涂覆尼龙网的SEM和水接触角图像:(a)和(b)纯尼龙;(c)和(d)CaP-1;(e)和(f)CaP-2;(g)和(h)CaP-3。
图4.(a)纯尼龙网,Ca3(PO4)2和Ca3(PO4)2涂覆尼龙网的XRD图。(b)Ca3(PO4)2涂覆尼龙网的EDX分析。
图5.水滴在Janus膜上从疏水层到亲水层的动态润湿行为的光学图像:(a)CaP-1-PU-30;(b)CaP-2-PU-30;(c)CaP-3-PU-30。
图6.不同电纺时间的PU纤维层的SEM图像:(a)10分钟;(b)30分钟;(c)50分钟。水滴在Janus膜上从疏水层到亲水层的动态润湿行为的光学图像:(d)CaP-2-PU-10;(e)CaP-2-PU-30;(f)CaP-2-PU-50。
图7.(a)膜结构示意图:(1)Janus膜;(2)尼龙-PAN复合膜。水传输行为的照片:(b)CaP-2-PU-50疏水层上的水滴;(c)CaP-2-PU-50亲水层上的水滴;(d)尼龙-PAN-50疏水层上的水滴;(e)尼龙-PAN-50亲水层上的水滴。
图8.水传输机理的示意图:(a)Janus膜疏水层上的水滴;(b)Janus膜亲水层上的水滴;(c)尼龙-PAN复合膜疏水层上的水滴;(d)尼龙-PAN复合膜亲水层上的水滴。
图9.膜分离之前(a)和之后(b)血液的光学显微图;(c)全血、离心后的血液和分离后的血液的紫外可见吸收光谱。
图10.(a)带有试纸的血糖仪;(b)带有Janus膜和不带有Janus膜的试纸;(c)全血、离心后的血液和分离后的血液的测试时间和血糖水平。