温度响应型接枝聚(N-异丙基丙烯酰胺)在微藻采收中的创新应用研究

本文推荐了一种基于接枝聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)的温度诱导微藻采收新技术。通过将PNIPAM接枝到棉织物等基底材料上，实现了72%的采收效率(AHE)和20次以上的循环使用能力。该技术利用PNIPAM的温度响应相变特性(LCST~32℃)，解决了传统方法能耗高、成本大的痛点，为微藻生物精炼( biorefinery )商业化提供了创新解决方案。

　　

Highlight

材料

N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)、过硫酸铵(APS)、四甲基乙二胺(TEMED)和莫尔盐均购自美国Fisher Scientific公司。实验用微藻Nannochloropsis oculata(UTEX 2164)及其培养基(改良人工海水培养基)购自德克萨斯大学奥斯汀分校藻种保藏中心。培养基(UTEX藻种保藏中心，2024版)在4℃保存备用。

PNIPAM在织物基底材料上的接枝

图1a比较了三种接枝方法制备的棉织物接枝率。加热接枝法制备的PNIPAM接枝棉织物获得最高接枝率(3.25 mg/cm²)。等离子体预处理促进了接枝共聚反应，而加热条件有利于均聚反应进行。通常在聚合前添加的APS会同时引发接枝和均聚反应，但加热条件显著提高了均聚物产量。

结论

聚(N-异丙基丙烯酰胺)可成功接枝到织物和片状材料上。当基底材料先经等离子体处理再在60℃反应时，接枝率最高。其中棉织物以2.38 mg/cm²的接枝率表现最优。在藻类采收应用中发现，直接将接枝材料浸入藻液并不能充分发挥其功效，而预先溶解接枝聚合物再加热诱导相变可显著提升采收效率。

CRediT作者贡献声明

王雪雪：负责原始文稿撰写、可视化、方法设计、实验操作及数据分析；郑毅：负责文稿审阅、可视化指导、资源协调、项目管理、资金支持及概念设计。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响研究结果的财务或个人利益冲突。

致谢

本研究受美国国家科学基金会资助(项目编号1846827)。感谢堪萨斯州立大学生物系显微镜中心的Daniel Boyle博士在SEM分析中的技术支持。