核孔膜（徑跡蝕刻膜）原理、特點(diǎn)及應(yīng)用
一、什么是核孔膜
核孔膜也稱徑跡蝕刻膜，軌道蝕刻膜，是用核反應(yīng)堆中的熱中子使鈾235裂變，裂變產(chǎn)生的碎片穿透有機(jī)高分塑料薄膜，在裂變碎片經(jīng)過(guò)的路徑上留下一條狹窄的輻照損傷通道。這通道經(jīng)氧化后，用適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)試劑蝕刻，即可把薄膜上的通道變成圓柱狀微孔?？刂坪朔磻?yīng)堆的輻照條件和蝕刻條件，就可以得到不同孔密度和孔徑的核孔膜。
核孔膜的材料為各種絕緣固體薄膜，常用的有聚碳酸酯（PC），聚酯（PET），聚酰亞胺（PI）,聚偏氟乙烯（PVDF）等，聚碳酸酯目前是使用最多的材料，蝕刻靈敏度高，蝕刻速度大，可制作小孔徑的核孔膜，最小孔徑達(dá)0.01μm. 例如比利時(shí)it4ip 核孔膜的孔徑為0.01-30μm核孔膜，且具備生產(chǎn)聚酰亞胺的核孔膜的技術(shù)。德國(guó)SABEU 能夠生產(chǎn)可供醫(yī)療用的孔徑為0.08-20μm聚碳酸酯，聚酯和PTFE材質(zhì)的核孔膜。
核孔膜幾何形狀規(guī)則，孔徑均勻，基本是圓柱形的直通孔，過(guò)濾時(shí)大于孔徑的微粒被截留在濾膜表面，是電介質(zhì)薄膜，就不存在濾膜本身對(duì)濾液的污染，是精密過(guò)濾和篩分粒子的理想工具。核孔膜的機(jī)械強(qiáng)度高，柔韌性好，能忍受反復(fù)洗滌，因此可以多次重復(fù)使用。
二、核孔膜的基本參數(shù)
核孔膜的孔徑大小，孔長(zhǎng)（膜厚度），孔密度是基本參數(shù)。孔徑大小由蝕刻時(shí)間決定，通過(guò)控制化學(xué)蝕刻時(shí)間，可獲得特定孔徑的核孔膜。固定蝕刻過(guò)程中可獲得精確且具有狹窄孔徑分布的核孔膜，可提供精確的過(guò)濾值，能夠在過(guò)濾過(guò)程中高效準(zhǔn)確的排除顆粒，適合嚴(yán)格的過(guò)濾操作，例如用于合成納米或微米物質(zhì)的模板，用于癌細(xì)胞過(guò)濾分離等。
孔密度等于垂直照射在單位面積薄膜上的重離子數(shù)目，控制重離子流量，可獲得特定孔密度的核孔膜。通過(guò)調(diào)節(jié)光束，可獲得從每平方厘米1000個(gè)孔到每平方厘米1E+09個(gè)孔的孔密度。常用孔隙度表示孔密度的大小，孔隙度是指微孔總面積與微孔分布面積的比值， 如果孔密度過(guò)大，重孔率會(huì)顯著增大，會(huì)破壞孔徑的單一性，孔隙率一般是小于10%，it4ip 可提供孔隙度40%左右的核孔膜。
核孔膜的長(zhǎng)度或核孔膜的厚度與材料種類、重離子核素種類和能量有關(guān)，用裂變碎片制作的核孔膜厚度等于或小于10μm，采用重離子加速器產(chǎn)生的重離子能量較高，可制作較厚的核孔膜。厚度大，機(jī)械強(qiáng)度較大，液體和氣體通過(guò)核孔膜的速度也變小。
通過(guò)選擇孔徑，孔密度和過(guò)濾膜厚度，可生產(chǎn)具有特定水和空氣流速的核孔膜。
除以上基本參數(shù)外，空隙排列也是核孔膜的重要參數(shù)，除垂直90度孔，還有多角度孔，例如平行傾斜孔，交叉正負(fù)45度。例如用+45°/-45°孔的徑跡蝕刻膜過(guò)濾器合成3D互連納米線網(wǎng)絡(luò)的模板。
三、核孔膜與纖維素膜的比較
實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)上使用的微孔膜種類繁多，常用的是曲孔膜，又稱化學(xué)膜或纖維素膜，這些膜的微孔結(jié)構(gòu)不規(guī)則，與塑料泡沫類似，實(shí)際孔徑比較分散，而核孔膜標(biāo)稱孔徑與實(shí)際孔徑相同，孔徑分布窄，可用于精確的過(guò)濾。
核孔膜與纖維素膜有很大區(qū)別，核孔膜在許多方面比纖維素膜好，主要優(yōu)點(diǎn)有：
w 截留特性好。核孔膜的孔徑形狀規(guī)則，大小均一，能精確截留大于孔徑的顆粒，把大于孔徑的粒子截留在濾膜表面進(jìn)行分離。而混合纖維素酯濾膜的孔徑在平均值周圍分散大，故截留性就差。
w 核孔膜透明，表面平整，光滑。這樣的膜有利于收集并借助光學(xué)顯微鏡進(jìn)行粒子分析，對(duì)微生物觀察可直接在膜表面染色而膜本身不被染色，有利于熒光分析。
w 過(guò)濾速度大。核孔膜雖孔隙率低，但厚度薄，混合纖維素酯膜雖空隙率高，但厚度厚，又通道彎彎曲曲，大小不勻的迷宮式的，其過(guò)濾速度是不及核孔膜。
w 機(jī)械強(qiáng)度高，柔性好。 聚碳酸酯和聚酯核孔膜的抗拉強(qiáng)度大于200㎏／㎝2，混合纖維素酯濾膜遠(yuǎn)不及核孔膜柔性好。
w 化學(xué)穩(wěn)定性好。核孔膜可以耐酸和絕大部分有機(jī)溶劑的浸蝕，其化學(xué)穩(wěn)定性比混合纖維素酯膜好。
w 熱穩(wěn)定性好：核孔膜可經(jīng)受140 ℃高溫，而不影響其性能，故可反復(fù)進(jìn)行熱壓消毒而不破裂和變形，混合纖維素膜耐120℃。低溫對(duì)核孔膜性能也無(wú)明顯影響。
w 生物學(xué)特性好：核孔膜即不抑菌，也不殺菌，也不受微生物侵蝕，借助適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)基，細(xì)菌和細(xì)胞可直接生長(zhǎng)在濾膜上，可長(zhǎng)期在潮濕條件下工作，而混合纖維素酯不行。
w 核孔膜沒(méi)有粒子，纖維等脫落，不會(huì)象其它濾紙一樣污染濾液。可制成憎水膜（用于大氣污染監(jiān)測(cè)等）親水膜等。
w 自重輕，重量一致性好，吸水性低，灰份少，膜不易受潮變質(zhì)，而混合纖維素膜則易受濕變質(zhì)。
四、核孔膜的應(yīng)用
核孔膜具有精確和均勻的孔徑，是精確保留小顆粒的理想選擇，可應(yīng)用于過(guò)濾技術(shù)，實(shí)驗(yàn)室分析，醫(yī)療，制藥，化學(xué)、食品，細(xì)胞生物學(xué)，微生物學(xué)，納米技術(shù)及汽車電子等領(lǐng)域。
1、氣體液體過(guò)濾
核孔膜能過(guò)濾液體和氣體中的固態(tài)物質(zhì)，如細(xì)菌、病毒等顆粒狀的雜質(zhì)，用于空氣凈化、超純氣體或試劑制備，醫(yī)學(xué)過(guò)濾及消毒。例如SABEU 核孔膜用于軍團(tuán)菌檢測(cè)。食品、飲料、化妝品中細(xì)菌的回收。
用于生命科學(xué)和醫(yī)療環(huán)境中的無(wú)菌排氣，既能保護(hù)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境免受微生物的侵害，也要保護(hù)活的微生物免受外部污染，確保無(wú)微生物通過(guò)與醫(yī)療設(shè)備的接觸進(jìn)入患者體內(nèi)，通向外部的開口的配備無(wú)菌空氣過(guò)濾器，能夠保護(hù)環(huán)境受潛在污染。TRAKETCH微孔過(guò)濾膜提供了可靠的屏障，符合 USP Class VI 的生物相容性，適合多種滅菌環(huán)境，平坦光滑的表面還會(huì)使液體形成液滴并從膜上流出，從而使膜保持干燥，確保無(wú)菌空氣排放。
病人和醫(yī)療設(shè)備的保護(hù)：用于保護(hù)病人和醫(yī)療設(shè)備的一次性用品，例如通風(fēng)口，聽力設(shè)備，傳感器保護(hù)器和靜脈輸液器，TRAKETCH 微孔過(guò)濾膜具有精確的孔適用于無(wú)菌通氣和USP 等級(jí)的毒性測(cè)試，符合FDA 標(biāo)準(zhǔn)具有生物兼容性，具有超潔凈、不脫落，可提取等特點(diǎn)。
液體藥物的過(guò)濾：注射劑中不能含有大于3.5μm的固體顆粒，核孔膜能夠保證注射劑高質(zhì)量的過(guò)濾。核孔膜能夠防止顆粒或細(xì)菌進(jìn)入人體，SABEU制造的無(wú)PFOA核孔膜尤沒(méi)有纖維脫落適合用于輸液和藥物輸送系統(tǒng)。
2、醫(yī)療診斷領(lǐng)域
用于宮頸癌細(xì)胞的回收，循環(huán)細(xì)胞的分離，用流式細(xì)胞儀，熒光顯微鏡細(xì)胞計(jì)數(shù)等。
例如核孔膜用于薄層細(xì)胞學(xué)中的巴氏試驗(yàn)，可有效回收細(xì)胞。用于液基薄層細(xì)胞學(xué)檢查（TCT篩查），回收宮頸癌細(xì)胞。It4ip 核孔膜用于眼部診斷細(xì)胞病理學(xué)，出色的細(xì)胞學(xué)制備，無(wú)需背景染色，只需少量液體樣本，對(duì)于眼液樣本有用，例如眼房水，玻璃體標(biāo)本以及角膜和結(jié)膜刮片等。
3、生命科學(xué)
包括細(xì)胞培養(yǎng)，細(xì)胞分離檢測(cè)等。如極化動(dòng)物細(xì)胞的培養(yǎng)，開發(fā)細(xì)胞培養(yǎng)嵌入皿等。也用于ICCP – 交互式細(xì)胞共培養(yǎng)板，非常適合細(xì)胞間通訊研究、外泌體研究、免疫學(xué)研究、再生醫(yī)學(xué)研究、共培養(yǎng)研究和免疫染色研究。
例如肺細(xì)胞和組織的培養(yǎng)，與海綿狀的膜不同，TRAKETCH 核孔膜不讓細(xì)胞進(jìn)入材料并粘附到孔里，而是在平坦光滑的表面進(jìn)行生長(zhǎng)，不損害組織情況下，可以方便剝離組織用于檢查或者進(jìn)一步使用，此原理有利于移植的皮膚細(xì)胞的培養(yǎng)。SABEU核孔膜還用于化妝品和醫(yī)藥行業(yè)，在徑跡蝕刻膜上進(jìn)行的皮膚模型實(shí)驗(yàn)。
4、汽車電子領(lǐng)域
汽車機(jī)動(dòng)車排氣： TRAKETCH®離子徑跡膜的IP等級(jí)為67或68，由于具有精確的孔隙，可以為這些機(jī)械和電氣部件過(guò)濾液體和顆粒而成為理想的保護(hù)。
保護(hù)敏感電子產(chǎn)品：與其他膜相比，TRAKETCH®離子軌道膜具有均勻的孔徑和均勻的氣流。而且具有疏水和疏油性。這些特性可以保護(hù)在室外和濕度下使用的敏感電子設(shè)備，保護(hù)電子設(shè)備免受顆粒物的影響，同時(shí)保持對(duì)空氣的滲透性。
壓力補(bǔ)償元件：壓力補(bǔ)償元件 (PCE) 由疏水和疏油過(guò)濾膜（不含 PFOA）組成，可補(bǔ)償產(chǎn)生的壓力變化，同時(shí)阻止外部水分和顆粒。用于多種電子產(chǎn)品、照明系統(tǒng)、包裝物及電子醫(yī)療設(shè)備等。
6、納米技術(shù)
用于納米材料合成的模板，例如自支撐的三維互連的納米管和納米線
使用軌道蝕刻膜作為多功能模板加工方法，用于生長(zhǎng)易于調(diào)整幾何尺寸和空間排列的大型三維互連納米線或納米管陣列。
