仿生酶气体通道构建于PMP中空纤维膜表面用于ECCO2R系统中高效二氧化碳清除

本文创新性地在聚(4-甲基-1-戊烯)(PMP)膜表面构建了仿生金属酶ZIF-8-NH2/Pebax复合涂层，模拟碳酸酐酶(CA)和气体通道蛋白(AQP1)功能。该膜CO2/O2选择性达7.4（较原始膜提升7.5倍），蛋白吸附降低35.5%，凝血时间延长34.4%，体外循环实验证实其具有优异血液相容性和CO2清除效率，为ECCO2R（体外二氧化碳清除）系统提供了新型高性能膜材料解决方案。

　　

Highlight

本研究在PMP中空纤维膜表面构建了仿生金属酶ZIF-8-NH₂气体通道，通过模拟天然碳酸酐酶(CA)的活性中心和气体通道蛋白(AQP1)的功能，显著提升了ECCO₂R系统的二氧化碳清除效率。

材料特性

图4a显示ZIF-8-NH₂纳米颗粒呈规则立方体形态，平均粒径约250nm。FT-IR分析（图4b）证实ZIF-8在1579cm^-1处存在C=N键特征峰，而ZIF-8-NH₂在3450cm^-1新增的-NH₂特征峰验证了氨基成功修饰。

结论

通过氨基功能化ZIF-8纳米颗粒与Pebax聚合物基质的协同作用，在PMP膜表面建立了三维连续气体交换网络。研究发现过量涂层厚度或掺杂浓度会导致致密层和界面缺陷，最佳CO₂/O₂选择性需要平衡Pebax的CO₂亲和力与ZIF-8-NH₂的气体通道效应。该复合膜展现出7.4的选择性和优异的血液相容性（蛋白吸附降低35.5%，凝血时间延长34.4%），体外血液循环实验证实其具有临床应用潜力。

作者贡献声明

王晓云：原始撰写，实验分析；王克仪：实验分析；吕星/陈江伟：实验验证；李庆国/陈日植：资源监督；张慧琴：资源支持；程阳明：方法学验证；何婷：综述撰写/课题设计；崔兆亮：综述撰写/项目监督。

利益冲突声明

作者声明无潜在利益冲突。

致谢

感谢国家重点研发计划（2020YFC0862903和2023YFB3810502）的资助，以及美国化学学会的版权授权。