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为解决蛋白质分离难题，研究人员开发双功能离子交换纳米纤维膜（AEA-COOH-AMS）。通过羧基化及磺化改性聚丙烯腈（PAN）纳米纤维膜，其对溶菌酶吸附容量达 629.16 mg/g，具可再生性，为复杂食品基质蛋白分离奠定基础。
在生物分离领域，蛋白质的高效捕获与分离一直是制约食品生物技术和生物产品回收发展的关键瓶颈。传统分离方法如层析技术成本高、操作复杂，而膜分离技术因高效、节能等特性备受关注，但单一功能基团的膜材料常面临吸附容量有限、选择性不足的问题。如何开发兼具高吸附性能与再生能力的新型膜材料，实现复杂体系中目标蛋白质的精准分离，成为当前研究的热点与挑战。
为突破这一技术瓶颈，台湾科技大学的研究人员开展了双功能离子交换纳米纤维膜的开发及其在溶菌酶吸附中的应用研究。该团队通过化学改性手段构建了具有弱酸性羧基（–COOH）和强酸性磺酸基（–SO?H）双功能基团的 AEA-COOH-AMS 纳米纤维膜，并系统评估了其对溶菌酶的吸附性能，相关成果发表在《Food Chemistry》。
研究采用的主要关键技术方法包括：
- 纳米纤维膜制备：以聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）为支撑层，通过静电纺丝技术制备聚丙烯腈（PAN）纳米纤维膜，经羧基化（引入–COOH）和磺化（引入–SO?H）两步化学改性构建双功能膜结构。
- 吸附性能表征：利用纯化溶菌酶溶液进行静态吸附实验，测定不同温度下的吸附容量；通过热力学分析（计算吉布斯自由能、焓变等参数）和动力学研究（拟合伪一阶、伪二阶及 Avrami 模型）解析吸附机制。
- 膜再生验证：采用 0.4 mol/L NaCl 溶液进行溶菌酶脱附实验，评估膜材料的重复利用潜力。
结构与功能特性分析
对 PAN、PAN-COOH 及 AEA-COOH-AMS 膜的结构分析表明，羧基化处理使膜厚度从 170±10 μm 收缩至 136±12 μm（水解诱导表面收缩），磺化后厚度微增至 152±14 μm（磺酸基引入增加膜层体积）。纤维直径与孔径减小，机械稳定性提升，但孔隙率略有下降（具体数据见表 1）。双功能基团的引入使膜表面电荷密度优化，为溶菌酶吸附提供多重作用位点。
溶菌酶吸附性能
吸附实验显示，AEA-COOH-AMS 膜在 318 K 时对溶菌酶的平衡结合容量达 629.16 mg/g，显著高于单一功能基团膜（如仅含–COOH 的膜吸附容量为 378.23 mg/g）。热力学分析表明，吸附过程为自发的吸热反应（吉布斯自由能 ΔG<0，焓变 ΔH>0），升高温度有利于吸附进行。动力学研究表明，Avrami 模型能最佳拟合吸附数据，表明吸附过程涉及多分子层吸附及表面扩散机制，且温度升高可加快吸附速率（速率常数 kA随温度增加而增大）。
膜再生能力验证
采用 0.4 mol/L NaCl 溶液进行脱附实验，溶菌酶洗脱效率（EE）达 100%，表明膜材料可通过简单盐溶液处理实现高效再生，重复使用潜力显著。
研究结论表明，AEA-COOH-AMS 双功能纳米纤维膜通过弱酸性与强酸性基团的协同作用，显著提升了对溶菌酶的吸附容量与选择性，其吸附机制为静电相互作用与多分子层吸附的共同结果。该膜材料在温和条件下即可实现高效吸附与完全脱附，为蛋白质分离提供了一种低成本、易操作的新策略。
这项研究的重要意义在于：
- 突破了单一功能膜材料的性能局限，为设计高性能离子交换膜提供了新思路；
- 证实了双功能基团协同作用在蛋白质分离中的优势，为复杂食品基质（如乳制品、蛋液）中目标蛋白的分离纯化提供了实验依据；
- 膜材料的可再生特性契合绿色化学理念，有望降低生物分离过程的环境负荷与经济成本，推动其在食品生物技术、生物制药等领域的实际应用。
研究为纳米纤维膜在生物分离领域的进一步发展奠定了基础，未来可拓展至其他生物大分子的分离场景，并探索其在连续流吸附系统中的应用潜力。
