《智能膜》是先進化工材料關鍵技術叢書的一個分冊。
由于智能膜材料和膜系統(tǒng)在控制釋放、化學分離、生物分離、化學傳感、人工細胞、人工臟器、水處理等許多領域具有重要的應用價值，被認為是21世紀膜科學與技術領域的重要發(fā)展方向之一。作為新興的仿生膜，智能膜已成為國內(nèi)外膜材料與膜系統(tǒng)領域研究的新熱點。本書是作者團隊20年來對973計劃、國家杰出青年科學基金項目、國家優(yōu)秀青年科學基金項目、國家自然科學基金重大項目等40余項和省部級項目系列創(chuàng)新性成果的總結。不僅全面介紹智能膜的概況，而且系統(tǒng)介紹智能膜材料和膜過程方面的研究新進展，包括：緒論、 智能膜的制備策略和方法、 溫度響應型智能膜、pH響應型智能膜、醇濃度響應型智能膜、葡萄糖濃度響應型智能膜、離子識別型智能膜、分子識別型智能膜、多重刺激響應型智能膜、智能膜在控制釋放中的應用、智能膜在可控分離中的應用、智能膜在可控反應中的應用、智能膜在傳感檢測中的應用、智能膜在細胞培養(yǎng)中的應用等。
《智能膜》適合材料、化工領域，尤其是膜材料領域科研和工程技術人員閱讀，也可供高等學校高分子、功能材料、化工及相關專業(yè)師生參考。
隨著膜科學技術的迅速發(fā)展，功能膜在現(xiàn)代生活及工業(yè)生產(chǎn)中占有越來越重要的地位，受到了國內(nèi)外越來越廣泛的關注和重視。
功能膜技術被認為將在二十一世紀的工業(yè)技術改造中起戰(zhàn)略作用，發(fā)展前景廣闊。
由于智能膜材料和膜系統(tǒng)在控制釋放、化學分離、生物分離、化學傳感、人工細胞、人工臟器、水處理等許多領域具有重要的應用價值，被認為將是二十一世紀膜科學與技術領域的重要發(fā)展方向之一。
作為新興的仿生膜，智能膜受到了前所未有的關注和重視。智能膜目前已成為國內(nèi)外膜材料與膜系統(tǒng)領域研究的新熱點。
本書是作者團隊在973計劃、國家杰出青年科學基金項目、國家自然科學基金重大項目等4系列成果的總結。
本書旨在為讀者提供一本系統(tǒng)地介紹智能膜方面的中文書籍，不僅全面介紹智能膜的概況，而且系統(tǒng)介紹智能膜材料和膜過程方面的研究新進展，以期促進和推動中國在智能膜領域的進步和發(fā)展。
隨著膜科學技術的迅速發(fā)展，功能膜在現(xiàn)代生活及工業(yè)生產(chǎn)中占有越來越重要的地位，受到了國內(nèi)外越來越廣泛的關注和重視。功能膜技術被認為在21世紀的工業(yè)技術改造中起戰(zhàn)略作用，是有發(fā)展前景的高新技術之一。
仿生技術正不斷地從自然界中為我們帶來新思想、新原理和新方法，以發(fā)展新的高科技世界。自然界中的生物膜具有跨膜的環(huán)境刺激響應型通道，為膜領域的科學家和研究人員開發(fā)人工仿生智能膜提供了原始靈感。這類具有環(huán)境刺激響應型通道的膜不僅具有選擇因子，而且具有環(huán)境刺激響應因子和開關因子，對制備更先進、更高效的人工仿生膜具有極大的吸引力。環(huán)境刺激響應型智能材料是一種具有感知環(huán)境信號和響應能力的材料。它們可以通過響應外部刺激（如溫度、pH值、應力、濕度、電場或磁場信號變化），在一個或多個特性方面以可控方式產(chǎn)生顯著改變。如今，刺激響應型智能材料正受到世界各國越來越廣泛的關注和重視。這種智能材料的誕生，使設計和制備人工仿生智能膜成為可能。
智能膜作為一種人工仿生膜，能夠?qū)Νh(huán)境刺激做出響應，引起了各個領域越來越廣泛的關注和重視。智能膜的表面特性和滲透特性，包括水力滲透性（即溶劑的壓力驅(qū)動的流體流動）和擴散滲透性（即溶質(zhì)的濃度驅(qū)動的分子擴散），可根據(jù)環(huán)境中的微小化學或物理信號變化，如溫度、pH值、離子強度、電場、光照、葡萄糖濃度、氧化還原、化學或生物物質(zhì)種類等信號的變化，進行顯著的自我調(diào)節(jié)或調(diào)控。由于智能膜材料和膜系統(tǒng)在控制釋放、化學分離、生物分離、化學傳感、人工細胞、人工臟器、水處理等許多領域具有重要的應用價值，被認為是21世紀膜科學與技術領域的重要發(fā)展方向之一。作為新興的仿生膜，智能膜受到了前所未有的關注和重視。目前智能膜已成為國內(nèi)外膜學領域研究的新熱點。
近20年來，筆者團隊在國家重點基礎研究發(fā)展計劃（973計劃）課題智能膜材料設計與制備科學研究（2009CB623407）、國家杰出青年科學基金項目環(huán)境響應型智能膜材料創(chuàng)新與膜過程強化基礎研究（20825622）、國家優(yōu)秀青年科學基金項目智能膜材料與膜過程（21622604）、國家自然科學基金重大項目重點課題離子響應性分離膜限域結構的構筑與調(diào)控（21490582）、國家自然科學基金項目智能化手性拆分膜的制備及其自律式膜分離機理研究（50373029）等40余項和省部級項目資助下，在智能膜領域取得了系列創(chuàng)新性成果，受到了國內(nèi)外同行廣泛關注和重視，智能膜相關的部分研究成果已獲得省部級自然科學獎一等獎。
本書內(nèi)容主要是筆者團隊四川大學膜科學與功能材料研究團隊在智能膜方面的研究成果，旨在為讀者提供一本系統(tǒng)地介紹智能膜方面的中文書籍，不僅全面介紹智能膜的概況，而且系統(tǒng)介紹智能膜材料和膜過程方面的研究新進展，以期促進和推動中國在智能膜領域的進步和發(fā)展。主要內(nèi)容包括智能膜的設計思想、制備策略及方法、微結構及性能、應用領域以及展望等，對于膜科學技術及相關領域廣大學者，特別是對設計和制備人工仿生智能膜材料和膜系統(tǒng)感興趣的廣大科技人員，具有重要參考價值。
全書由十四章組成。章簡要介紹智能膜的定義、設計策略、制備方法、分類、應用等。第二章主要介紹智能膜的制備策略和方法。第三章至第九章介紹各種不同類型的智能膜，第三章主要介紹溫度響應型智能膜，第四章主要介紹pH響應型智能膜，第五章主要介紹醇濃度響應型智能膜，第六章主要介紹葡萄糖濃度響應型智能膜，第七章主要介紹離子識別型智能膜，第八章主要介紹分子識別型智能膜，第九章主要介紹多重刺激響應型智能膜。第十章至第十四章介紹智能膜的各種應用，第十章主要介紹智能膜在控制釋放中的應用，第十一章主要介紹智能膜在可控分離中的應用，第十二章主要介紹智能膜在可控反應中的應用，第十三章主要介紹智能膜在傳感檢測中的應用，第十四章主要介紹智能膜在細胞培養(yǎng)中的應用。
章和第二章由褚良銀教授撰寫，第三章、第五章和第八章由謝銳教授撰寫，第四章、第九章和第十章由巨曉潔教授撰寫，第六章、第十二章和第十三章由汪偉教授撰寫，第七章、第十一章和第十四章由劉壯教授撰寫。
在此，謹代表作者團隊衷心感謝國家自然科學基金委員會、科技部、*、四川省科技廳、四川大學、霍英東教育基金會、高分子材料工程國家重點實驗室等對我們從事智能膜相關研究工作的大力資助，衷心感謝一直以來給予我們指導、幫助和支持的各位前輩、專家、領導、同行和朋友！同時，也借此機會衷心感謝為智能膜相關研究工作做出貢獻的團隊所有成員。
本書有幸入選中國化工學會組織編寫、化學工業(yè)出版社出版的先進化工材料關鍵技術叢書，在此衷心感謝中國化工學會、化學工業(yè)出版社的盛情邀請和幫助以及叢書編委會專家的指導。
由于筆者水平有限，本書難免存在不足之處，懇請有關專家和讀者不吝指正。
褚良銀
2021年10月于四川大學
褚良銀，現(xiàn)任四川大學副校長、二級教授、博士生導師，九三學社中央委員兼四川省委員會副主任委員，四川省政協(xié)常委、科技委副主任。國家杰出青年科學基金獲得者，*長江學者特聘教授，國務院學位委員會學科評議組成員，*科學技術委員會委員，享受國務院政府特殊津貼專家，國家百千萬人才工程入選者、有突出貢獻中青年專家，全國優(yōu)秀博士學位論文指導教師，*創(chuàng)新團隊帶頭人，英國伯明翰大學榮譽教授，英國皇家化學會會士（FRSC）。
長期從事膜材料與膜過程、傳質(zhì)與分離、微流控、先進功能材料、控制釋放等方面的研究工作，先后主持國家杰出青年科學基金項目、國家973計劃課題、國家自然科學基金重點項目等40余項科研課題，取得了重要的創(chuàng)新性成果，受到了國內(nèi)外同行的重視和高度評價，成果多次被Nature Materials等國際知名學術雜志作為研究亮點專題報道。成果已獲得授權中國專利47項和國際專利15項，出版學術著作6部；部分成果已在國內(nèi)外得到了成功應用與推廣。獲國家技術發(fā)明獎二等獎1項、省部級自然科學獎3項和省級科技進步獎3項；并獲侯德榜化工科學技術創(chuàng)新獎，被評為科學中國人（2006）年度人物。
謝銳，四川大學教授、博士生導師。國家優(yōu)秀青年科學基金獲得者，*新世紀優(yōu)秀人才，四川省有突出貢獻優(yōu)秀專家，四川省杰出青年科技人才。曾任哈佛大學訪問學者。從事高性能智能膜的創(chuàng)新設計和制備及其在化工、醫(yī)藥、環(huán)境、能源等領域的應用研究。承擔、省部級科研項目10余項。發(fā)表學術成果論文200余篇，授權中國發(fā)明專利22項；參編英文學術著作2部。獲四川省科技進步獎一等獎2項、侯德榜化工科學技術青年獎等。兼任《膜科學與技術》編委、中國化工學會過濾與分離專業(yè)委員會委員等。
巨曉潔，四川大學教授、博士生導師。國家優(yōu)秀青年科學基金獲得者，國家萬人計劃青年拔尖人才，*長江學者獎勵計劃青年學者，四川省學術與技術帶頭人，四川省杰出青年科技人才。主要從事智能化控制釋放系統(tǒng)、生物醫(yī)用材料等領域的研究，主持了包括國家優(yōu)秀青年科學基金、國家863計劃課題子課題等17項科研項目。迄今，已在Nature Communications、PNAS等高水平國內(nèi)外學術期刊發(fā)表論文220余篇，獲發(fā)明專利授權29項；獲省級科技進步獎一等獎2項、侯德榜化工科學技術青年獎等獎勵。
汪偉，四川大學教授、博士生導師。國家優(yōu)秀青年科學基金獲得者，四川省學術和技術帶頭人。主要從事微流控技術、智能膜材料等方面的研究，已在Acc Chem Res、Angew Chem Int Ed、PNAS、Nat Commun等國際學術期刊發(fā)表論文130余篇；授權中國發(fā)明專利25項；受邀參編英文學術專著4部。作為主要完成人榮獲國家技術發(fā)明獎二等獎1項、四川省科技進步獎自然科學類一等獎2項，并榮獲侯德榜化工科學技術青年獎、英國皇家化學會Lab on a Chip新科學家等獎項和榮譽。
劉壯，四川大學教授。曾為英國曼徹斯特大學國家石墨烯研究所訪問學者。獲侯德榜化工科學技術青年獎、省級科技進步獎一等獎；獲國家優(yōu)秀青年科學基金和中國科協(xié)青年人才托舉工程資助。主要從事離子識別膜與離子分離膜、二維膜與納流控、智能軟濕材料和智能膜組件的研究。在Chem Soc Rev、Adv Funct Mater等學術期刊上發(fā)表一作及通訊作者論文40篇；申請發(fā)明專利20項，已授權12項，已轉(zhuǎn)化2項；受邀參編英文專著2部、參編《膜技術手冊》1章。受邀擔任Chin Chem Lett、Chinese J Chem Eng、《膜科學與技術》雜志青年編委。
章 緒論 001
節(jié) 智能膜的特點與優(yōu)越性 002
第二節(jié) 智能膜的設計策略 003
第三節(jié) 智能膜的制備方法 004
第四節(jié) 智能膜的種類 006
一、溫度響應型智能膜 009
二、pH響應型智能膜 009
三、離子響應型智能膜 009
四、分子響應型智能膜 010
五、紫外線響應型智能膜 010
六、葡萄糖濃度響應型智能膜 011
七、磁場響應型智能膜 011
八、離子強度響應型智能膜 011
九、氧化還原響應型智能膜 012
第五節(jié) 智能膜的用途 012
一、水力學滲透性的刺激響應性自調(diào)節(jié) 012
二、擴散滲透性的刺激響應性自調(diào)節(jié) 013
三、基于尺寸效應的刺激響應篩選 013
四、基于親和性的刺激響應性吸附/解吸 013
五、功能膜的刺激響應性自清潔 014
參考文獻 014
第二章 智能膜的制備策略和方法 017
節(jié) 基膜改性法 018
一、化學接枝法 018
二、物理改性法 030
第二節(jié) 共混成膜法 037
一、液體誘導相分離共混法 038
二、蒸汽誘導相分離共混法 043
參考文獻 052
第三章 溫度響應型智能膜 053
節(jié)具有正向響應特性的溫度響應型智能開關膜和納米凝膠復合智能膜 054
一、具有正向響應特性的溫度響應型智能開關膜 054
二、具有正向響應特性的溫度響應型納米凝膠復合智能膜 080
第二節(jié) 具有反向響應特性的溫度響應型智能開關膜 115
一、具有反向響應特性的溫度響應型智能開關膜的設計 115
二、具有反向響應特性的溫度響應型智能開關膜的制備 116
三、具有反向響應特性的溫度響應型智能開關膜的表征 116
四、智能開關膜的溫度響應性能 118
參考文獻 120
第四章 pH響應型智能膜 123
節(jié) 具有反向響應特性的pH響應型智能開關膜 125
一、具有反向響應特性的pH響應型智能開關膜的設計與制備 125
二、具有反向響應特性的pH響應型智能開關膜的表征 127
三、智能開關膜的pH響應性能 133
第二節(jié) 具有正向響應特性的pH響應型智能囊膜 141
一、具有正向響應特性的pH響應型智能囊膜的設計 141
二、具有正向響應特性的pH響應型智能囊膜的制備 142
三、具有正向響應特性的pH響應型智能囊膜的表征 144
四、智能囊膜的pH響應性能 148
參考文獻 151
第五章 醇濃度響應型智能膜 153
節(jié) 乙醇濃度響應型智能開關膜 154
一、乙醇濃度響應型智能開關膜的設計 154
二、乙醇濃度響應型智能開關膜的制備 155
三、乙醇濃度響應型智能開關膜的表征 156
四、智能開關膜的溫度響應性能 159
五、智能開關膜的乙醇濃度響應性能 160
第二節(jié) 乙醇濃度響應型納米凝膠復合智能膜 164
一、采用液體誘導相分離法制備乙醇濃度響應型納米凝膠復合智能膜 164
二、采用蒸汽誘導相分離法制備乙醇濃度響應型納米凝膠復合智能膜 174
第三節(jié) 乙醇和甲醇濃度響應型智能凝膠微囊膜 180
一、乙醇和甲醇濃度響應型智能凝膠微囊膜的設計 180
二、乙醇和甲醇濃度響應型智能凝膠微囊膜的制備 181
三、乙醇和甲醇濃度響應型智能凝膠微囊膜的表征 182
四、智能凝膠微囊膜的乙醇和甲醇濃度響應性能 183
參考文獻 187
第六章 葡萄糖濃度響應型智能膜 189
節(jié) 葡萄糖濃度響應型智能開關膜 190
一、葡萄糖濃度響應型智能開關膜的設計 190
二、葡萄糖濃度響應型智能開關膜的制備 191
三、葡萄糖濃度響應型智能開關膜的表征 192
四、智能開關膜的葡萄糖濃度響應性能 193
第二節(jié) 葡萄糖濃度響應型智能微囊膜 198
一、葡萄糖濃度響應型智能微囊膜的設計 198
二、葡萄糖濃度響應型智能微囊膜的制備 201
三、葡萄糖濃度響應型智能微囊膜的表征 202
四、智能微囊膜的葡萄糖濃度響應性能 205
參考文獻 212
第七章 離子識別型智能膜 213
節(jié) 鉛離子識別型智能開關膜 214
一、鉛離子識別型智能開關膜的設計 214
二、鉛離子識別型智能開關膜的制備 216
三、鉛離子識別型智能開關膜的表征 217
四、智能開關膜的鉛離子識別響應性能 219
第二節(jié) 鉀離子識別型智能開關膜 226
一、鉀離子識別型智能開關膜的設計 227
二、鉀離子識別型智能開關膜的制備 227
三、鉀離子識別型智能開關膜的表征 228
四、智能開關膜的鉀離子識別響應性能 234
參考文獻 240
第八章 分子識別型智能膜 243
節(jié) 分子識別型智能開關膜 244
一、分子識別型智能開關膜的設計 244
二、分子識別型智能開關膜的制備 245
三、分子識別型智能開關膜的表征 246
四、智能開關膜的溫度和分子識別響應性能 249
第二節(jié) 分子識別型智能凝膠微囊膜 256
一、分子識別型智能凝膠微囊膜的設計 256
二、分子識別型智能凝膠微囊膜的制備 257
三、分子識別型智能凝膠微囊膜的表征 258
四、智能凝膠微囊膜的分子識別響應性能 261
參考文獻 264
第九章 多重刺激響應型智能膜 267
節(jié) 溫度/pH雙重刺激響應型智能膜 268
一、溫度/pH雙重刺激響應型智能膜的設計與制備 268
二、溫度/pH雙重刺激響應型智能膜的表征 270
三、智能膜的溫度/pH雙重刺激響應性能 274
第二節(jié) 溫度/pH/磁場三重刺激響應型智能膜 277
一、溫度/pH/磁場三重刺激響應型智能膜的設計與制備 278
二、溫度/pH/磁場三重刺激響應型智能膜的表征 280
三、智能膜的溫度/pH/磁場三重刺激響應性能 281
第三節(jié) 溫度/pH/鹽濃度/離子種類四重刺激響應型智能膜 288
一、溫度/pH/鹽濃度/離子種類四重刺激響應型智能膜的設計 289
二、溫度/pH/鹽濃度/離子種類四重刺激響應型智能膜的制備 290
三、溫度/pH/鹽濃度/離子種類四重刺激響應型智能膜的表征 291
四、智能膜的溫度/pH/鹽濃度/離子種類四重刺激響應性能 292
參考文獻 299
第十章 智能膜在控制釋放中的應用 301
節(jié) 智能膜用于開關型控制釋放 302
一、開關型控制釋放智能膜的設計與制備 302
二、開關型控制釋放智能膜的表征 309
三、開關型控制釋放智能膜的應用性能 317
第二節(jié) 智能膜用于突釋型控制釋放 331
一、突釋型控制釋放智能膜的設計與制備 331
二、突釋型控制釋放智能膜的表征 338
三、突釋型控制釋放智能膜的應用性能 351
第三節(jié) 智能膜用于程序式控制釋放 360
一、程序式控制釋放智能膜的設計與制備 360
二、程序式控制釋放智能膜的表征 363
三、程序式控制釋放智能膜的應用性能 376
參考文獻 381
第十一章 智能膜在可控分離中的應用 385
節(jié) 智能膜用于手性分子拆分 386
一、手性分子拆分智能膜的設計 386
二、手性分子拆分智能膜的制備 387
三、手性分子拆分智能膜的表征 390
四、手性分子拆分智能膜的應用性能 393
第二節(jié) 智能膜用于分子親和分離 400
一、分子親和分離智能膜的設計 400
二、分子親和分離智能膜的制備 401
三、分子親和分離智能膜的表征 401
四、溫敏型分子識別開關膜溫度敏感特性 405
五、分子親和分離智能膜的應用性能 409
第三節(jié) 智能膜用于蛋白質(zhì)吸附分離 414
一、蛋白質(zhì)吸附分離智能膜的設計 415
二、蛋白質(zhì)吸附分離智能膜的制備 416
三、蛋白質(zhì)吸附分離智能膜的表征 416
四、蛋白質(zhì)吸附分離智能膜的應用性能 421
參考文獻 424
第十二章 智能膜在可控反應中的應用 429
節(jié) 智能膜用于催化反應調(diào)控 430
一、催化反應調(diào)控智能膜的設計 430
二、催化反應調(diào)控智能膜的制備 432
三、催化反應調(diào)控智能膜的表征 432
四、催化反應調(diào)控智能膜的應用性能 434
第二節(jié) 智能膜用于酶催化反應控制 439
一、酶催化反應控制智能膜的設計 439
二、酶催化反應控制智能膜的制備 440
三、酶催化反應控制智能膜的表征 441
四、酶催化反應控制智能膜的應用性能 444
參考文獻 453
第十三章 智能膜在傳感檢測中的應用 455
節(jié) 智能膜用于水中痕量鉛離子檢測 456
一、痕量鉛離子檢測智能膜的設計 456
二、痕量鉛離子檢測智能膜的制備 458
三、痕量鉛離子檢測智能膜的表征 459
四、痕量鉛離子檢測智能膜的應用性能 463
第二節(jié) 智能膜用于乙醇濃度檢測 470
一、乙醇濃度檢測智能膜的設計 470
二、乙醇濃度檢測智能膜的制備 473
三、乙醇濃度檢測智能膜的表征 474
四、乙醇濃度檢測智能膜的應用性能 476
參考文獻 484
第十四章 智能膜在細胞培養(yǎng)中的應用 487
節(jié) 細胞培養(yǎng)智能膜的設計 488
第二節(jié) 細胞培養(yǎng)智能膜的制備 490
第三節(jié) 細胞培養(yǎng)智能膜的表征 491
一、聚多巴胺包覆對PNG的影響 491
二、PNG在表面固定的穩(wěn)定性 495
三、PNG在表面的溫敏性 499
第四節(jié) 細胞培養(yǎng)智能膜的應用性能 507
參考文獻 513
索 引 515
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