0027] 我們已與來自美國加利福尼亞州的帕羅奧托市的美國國家航天局埃姆斯研究中 屯、（NASAAmesfacilityinPaloAlto(CA，肥)）的科學(xué)家一起進(jìn)行第一真實(shí)現(xiàn)場測試，其 中，該系統(tǒng)包含一水通道蛋白薄膜。測試推斷當(dāng)與現(xiàn)存的前向滲透薄膜比較時，該包含特定 TFC-水通道蛋白薄膜的水萃取系統(tǒng)顯示出對尿素具有優(yōu)異的擬除值（>90% )，參考希爾和 泰勒（2012HHill&Taylor(2012))。本發(fā)明的水萃取系統(tǒng)將通過再循環(huán)來自太空人的立即 可提供的體液來促成降低在載人太空任務(wù)中所需要運(yùn)輸至太空的質(zhì)量的主要成果。已推斷 根據(jù)本發(fā)明的水萃取系統(tǒng)非常接近滿足在太空中對簡單、重量輕及可信賴從體液中萃取出 適于飲用的水的系統(tǒng)的需求。
[002引在2012年5月時，來自水通道蛋白有限公司（AquaporinA/巧和美國國家航 天局埃姆斯研究中屯、（NASAAmes)的科學(xué)家使用放大規(guī)模的TFC-水通道蛋白薄膜樣品 (500cm2)成功地重復(fù)在美國國家航天局埃姆斯研究中屯、的試驗(yàn)。放大規(guī)模的薄膜樣品與初 始樣品相同地進(jìn)行，從而證明該薄膜制造方法的穩(wěn)定性。根據(jù)成功的第二測試，水通道蛋白 有限公司和美國國家航天局埃姆斯研究中屯、研究如何產(chǎn)生用于太空的黃水重復(fù)利用的第 一原型系統(tǒng)。
[0029] 在乳品加工業(yè)中從R0滲透物分離出尿素的水萃取系統(tǒng)
[0030] 背景：許多工業(yè)流出物包括高濃度化合物，包括非極性溶質(zhì)諸如尿素，其未通過去 離子水方法或逆向滲透薄膜去除。該非極性溶質(zhì)經(jīng)常是化學(xué)穩(wěn)定的，因此不容易通過UV殺 菌方法破壞?，F(xiàn)有技術(shù)的處理尿素廢水通常包括二個步驟：第一，將尿素水解成氨和二氧化 碳；W及第二，消除氨?，F(xiàn)在的方法大部分依賴用于高強(qiáng)度尿素廢水生物處理的厭氧條件。 但是，所需要的硝化細(xì)菌具有慢的生長速率、小的可接受抑范圍、W及經(jīng)常由其它廢水污 染物（例如，雙氯胺）抑制。本系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)為本系統(tǒng)W使用配備有具有固定水通道蛋白水 道的薄膜的流動槽為基準(zhǔn)，該薄膜在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模下已顯示出非常高的尿素去除，參照下列 實(shí)施例7。此將消除對生物反應(yīng)器技術(shù)的需求并且原則上允許簡單式樣翻新現(xiàn)在使用于尿 素去除的現(xiàn)有單元操作（例如，拋光步驟）。
[0031] 該水通道蛋白薄膜的高擬除及水通量性質(zhì)及固有的低污染傾向使得將運(yùn)些仿生 薄膜使用進(jìn)用于尿素去除的大規(guī)模工業(yè)系統(tǒng)中是可行的并且是有用的，其中，污染的可能 和/或向上濃縮小中性溶質(zhì)（例如尿素）的需求不容易由現(xiàn)在的基于薄膜的技術(shù)或其它技 術(shù)實(shí)現(xiàn)。對尿素的高擬除讓本發(fā)明的系統(tǒng)能夠使用于處理包含高尿素量的廢水流，諸如存 在于來自乳品的加工用水中。在本發(fā)明的水萃取系統(tǒng)的一個具體實(shí)例中，該水通道蛋白薄 膜（諸如包含固定水通道蛋白水道的TFC-薄膜）將與高滲透性抽吸溶液（例如海水，例如 來自卡得加特海峽化attegat)) -起使用，W從該廢水流萃取出接近無尿素的水。此低能 量水萃取系統(tǒng)將通過廢水體積減少而有效地降低廢棄成本。
[0032] 通過前向滲透在寬范圍的水溶液中向上濃縮溶質(zhì)的水萃取系統(tǒng)，參照圖6
[0033] 在此系統(tǒng)中，組合著使用高滲透性或滲透壓濃度抽吸溶液（諸如鹽水）與水通道 蛋白薄膜（諸如如于本文中所描述般制備的TFC薄膜），W在前向滲透工藝中向上濃縮水溶 液。值得注意的水溶液包括頑固的廢水流、醫(yī)藥及生物產(chǎn)物溶液及液體食品。典型的具體 實(shí)例為用于向上濃縮寬分子尺寸范圍的有機(jī)分子（諸如氨基酸及寡膚至包括膜蛋白的蛋 白質(zhì)）的系統(tǒng)，其正常通過離屯、濃縮器（例如使用Pierce濃縮器）濃縮至想要的程度，其 可獲得3K、10K、30K及100K截流分子量（MWC0)，W及其使用聚酸諷（PE巧薄膜超微濾離屯、 裝置來濃縮及淡化生物樣品。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)包括非常溫和的水萃取、低勝膚或 蛋白質(zhì)損失、濃縮從氨基酸至小勝膚至大膜蛋白的寬分子尺寸范圍的能力、濃縮方法可控 制及可自動化用于高生產(chǎn)量，與目前在市場上的離屯、濃縮器或通過真空干燥濃縮該樣品溶 液比較，但是，此經(jīng)常接著嚴(yán)重的損失樣品材料及額外的污染物。本發(fā)明的系統(tǒng)可設(shè)定使用 具有用于單一用途的固定水通道蛋白薄膜或具有可去除的水通道蛋白薄膜的濃縮槽，如顯 示在圖8中。因此，若該水通道蛋白薄膜可經(jīng)去除例如用W凈化，及重新裝配進(jìn)該槽中時， 已建議可將如在下列實(shí)施例4及5中所描述的邸TA或巧樣酸處理施加至該薄膜，同時保有 該系統(tǒng)的水萃取性質(zhì)。
[0034] 定義
[0035]"進(jìn)料溶液"意味著溶質(zhì)在水中的溶液。
[0036]"抽吸溶液"意味著相對于進(jìn)料溶液的滲透壓具有較高滲透壓的溶液。該抽吸溶液 可包含一選自于下列的至少一種的抽吸溶質(zhì)：可溶于水的無機(jī)化學(xué)物質(zhì)及可溶于水的有機(jī) 化學(xué)物質(zhì)。該可溶于水的無機(jī)化學(xué)物質(zhì)可包括下列的至少一種：A12 (S04) 3、M拆04、化2S04、 K2S04、（畑4) 2S04、化2 (S04) 3、A1C13、MgC12、化C1、CaC12、NH4C1、KC1、化C13、A1 (N03) 3、 Mg(N03)2、Ca(N03)2、NaN03、N03、畑4肥03、K肥03、Na肥03、邸r及其相對的水合物；并且 其中，該可溶于水的有機(jī)化學(xué)物質(zhì)包括下列的至少一種：甲醇、乙醇、丙酬、葡萄糖、薦糖、果 糖、右旋糖、聚甲殼糖、樹狀分子（demlrimer)及2-甲基咪挫基底的化學(xué)物質(zhì)。
[0037]"前向滲透"（F0)是一種滲透方法，其中，穿越半滲透薄膜的滲透壓梯度造成從溶 解的溶質(zhì)中萃取出水。引起凈水流通過薄膜的驅(qū)動力是來自相對于該進(jìn)料溶液的滲透壓具 有較高滲透壓的抽吸溶液。
[003引如于本文中使用，用語"輔助式前向滲透"(AF0)(或"壓力輔助式前向滲透"，PAF0) 是指對該薄膜的進(jìn)料側(cè)施加機(jī)械壓力W經(jīng)由協(xié)同該滲透與液壓驅(qū)動力來提高水通量的概 念。
[0039]"逆向滲透"(R0)為一種經(jīng)由半滲透薄膜，通過施加高于進(jìn)料溶液的滲透壓的機(jī)械 壓力對抗?jié)B透壓梯度從進(jìn)料溶液萃取出水的方法。
[0040]"半滲透薄膜"為一種薄膜，其將允許某些分子或離子通過該薄膜。
[0041] "滲透壓"為必需施加W防止溶劑從較低溶質(zhì)濃度的溶液凈流通過半滲透的薄膜 至較高溶質(zhì)濃度的溶液的壓力。
[0042] 溶液的滲透壓根據(jù)該溶液中的顆粒量而定。對理想溶液來說，滲透壓直接與重量 摩爾濃度成比例。
[0043]"滲透壓濃度"為測量每千克溶劑的滲透活性溶質(zhì)的摩爾數(shù)（或滲透壓摩爾 (osmoles))，其表示為滲透壓摩爾/kg。未分解的化合物的理想溶液的滲透壓濃度等于重量 摩爾濃度。
[0044] 滲透壓濃度典型藉由凝固點(diǎn)下降來測量。一滲透壓摩爾/千克水溶液具 有-1.858 °C的凝固點(diǎn)。至于實(shí)施例：例如1摩爾糖在1千克水中的溶液降低凝固點(diǎn) 1. 858°C，然而該凝固點(diǎn)下降將由0. 5摩爾在1千克水中獲得。
[0045]"滲透壓濃度"為測量每升溶液的溶質(zhì)的滲透壓摩爾。"滲透壓"可使用下式通過 滲透壓濃度計(jì)算：
[0046]
[0047]其中，R是氣體常數(shù)（8. 3144621LbarK-lmol1)。
[0048] 如于本文中使用的，"水通道蛋白"指為選擇性水道蛋白質(zhì)，包括根據(jù)由瑪利亞 卡爾松（MariaKarlsson)等人（陽BSLetters537(2003)68-72)所描述或如在杰森 (Jensen)等人在US2012/0080377A1中所描述的方法制備的AqpZ及SoPIP2;l。
[0049] 如于本文中使用，"大豆憐脂（asolectin)"指為大豆卵憐脂碎片[IV-S]，其是高 度純化的憐脂產(chǎn)物，包括卵憐脂、腦憐脂、肌醇憐脂類及大豆油（同義字：偶氮植物凝血素 (azolectin))。
[0050] 如于本文中使用，"嵌段共聚物"指為具有親水性（A或C)與疏水性度）嵌段二者 之薄膜形成或囊泡形成二及=嵌段共聚物；該二嵌段共聚物是能夠形成雙層的A-B或C-B 類型，并且該=嵌段共聚物是自組合形成單層的A-B-A或A-B-C類型，其中，全部薄膜都在 中間具有該疏水層。有用的二嵌段共聚物的實(shí)施例和有用的=嵌段共聚物的實(shí)施例是在美 國專利案號5, 364, 633和下列（全部來自供應(yīng)商共聚物資源公司（PolymerSource))中公 開：
[0051]
[0052] 其中，EO-嵌段-DMS-嵌段代表聚（二甲基硅氧烷-嵌段-環(huán)氧乙燒-嵌段）、 E0-嵌段-B0-嵌段代表聚（環(huán)氧下燒-嵌段-環(huán)氧乙燒-嵌段）、W及M0XA-嵌段-DMS-嵌 段-M0XA-嵌段代表聚（2-甲基-挫嘟-嵌段-二甲基硅氧烷-嵌段-2-甲基挫嘟）。
[0053] 如于本文中使用，"薄膜-復(fù)合物"或（TFC)薄膜是指具有額外的水通道蛋白 組分的薄膜的薄膜活性層，該層系使用胺反應(yīng)物制備，優(yōu)選為芳香族胺，諸如二胺或= 胺，例如在水溶液中的1，3-二胺苯（間-苯二胺>99%，例如，如從西格瑪奧德里奇公司 (Sigma-Al化ich)購買）；W及面化酷反應(yīng)物，諸如二或S酷氯，較佳為芳香族面化酷，例如 溶解在有機(jī)溶劑中的苯-1,3, 5-S幾酷氯（目錄編號84270-84-8,均苯S甲酯氯燈MC)， 98%，例如，如從西格瑪奧德里奇公司61肖1113-41化1油）購買），其中，該反應(yīng)物系在界面 聚合反應(yīng)中結(jié)合，參照US4, 277, 344,其詳細(xì)地描述出聚酷胺薄膜的形成是在多孔薄膜 (例如聚酸諷薄膜）支撐物的表面處形成。更特別是，苯-1，3, 5-=幾酷氯可溶解在溶 劑中，諸如C6-C12控，包括己燒（>99. 9%，費(fèi)世爾化學(xué)公司（FisherChemicals))、庚燒、 辛燒、壬燒、癸燒等等（直鏈或分枝的控）；或其它低芳香控溶劑，例如Isopar?GFluid, 其是從石油基底的原料在觸媒的存在下W氨處理產(chǎn)生一低氣味流體而制造，其主要組分 包括異柄1巧。IsoparGFluid:化學(xué)名稱：巧，C10-C12,異柄巧，〈2 %方香巧；目錄編號： 64742-48-9,化學(xué)名稱：石油脂（石油），經(jīng)氨化處理的高沸點(diǎn)（來自?？松梨诨す?(ExxonMobil化emical))。反應(yīng)物1,3-二胺苯的代用品包括二胺，諸如己二胺等等；W 及反應(yīng)物苯-1，3, 5-=幾酷氯的代用品包括二酸氯、己二酷氯等等，如在本技術(shù)領(lǐng)域中已 知。為了制得薄膜復(fù)合物層的活性層，在界面聚合發(fā)生前，將促進(jìn)水運(yùn)輸?shù)念~外組分于本文 中是水通道蛋白水道加入至該反應(yīng)物溶液。該組分可參與或可不參與該反應(yīng)，但是優(yōu)選地 對該反應(yīng)呈惰性及在所形成的薄膜中變成固定。于本文中，該水通道蛋白水道優(yōu)選地包括 在由兩親化合物形成的囊泡中，諸如蛋白脂質(zhì)體（proteoliposomes)及蛋白質(zhì)高分子液胞 (proteopolymersomes)。
[0054] 如于本文中使用，"蛋白脂質(zhì)體"是典型具有脂質(zhì)對蛋白質(zhì)比率（LPR，基于摩爾計(jì) 算）在25至500之間的囊泡，諸如約100至約200。
[0055] 如于本文中使用的，"蛋白質(zhì)高分子液胞"是典型具有聚合物對蛋白質(zhì)比率（P0PR， 基于摩爾濃度計(jì)算）在25至500之間的囊泡，諸如當(dāng)使用S嵌段共聚物時約50至約100 ; 及聚合物對蛋白質(zhì)比率在25至500間，諸如當(dāng)使用二嵌段共聚物時約100至約200。
[0056] 如于本文中使用，"水通道蛋白薄膜"是指一包含固定的水通道蛋白水道的活性層 和支撐層的薄膜。在該水通道蛋白薄膜中，該水通道蛋白水道經(jīng)固定、或多或少地埋入、或 部分埋入或甚至支撐在該