活性催化膜及其应用

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活性催化膜因其易于合成、生产成本低和生产效率高而引起了极大的研究兴趣。各种膜反应器的研究在改进性能、绿色合成、电化学、过滤、气体分离以及废水处理和管理方面得到了广泛的应用。iScience特推出本期专刊，由香港大学的Chuyang Tang教授和美国阿肯色大学的Audie Key Thompson教授担任客座编辑，对活性催化膜领域的热点研究进行集中报道，重点关注活性催化膜的制备方法，以及为实现工业上的广泛应用而进行的活性催化膜性能改进。本期专刊将重点介绍包括膜材料的制备方法和放大合成、电化学和催化膜反应器、膜材料在离子分离和废水处理中的应用等跨学科的最新研究成果。

用于去除有机微污染物的可再生温度响应型生物催化纳滤膜

生物催化纳滤膜（BNM）在去除有机微污染物方面表现出巨大的潜力，这归因于其酶催化和膜分离之间的协同作用。然而，该材料在再生方面面临的困难阻碍了其经济实用性。受具有刺激响应通道的细胞膜的启发，中国科学院大学过程工程研究所万印华研究员和罗建泉研究员研究团队通过聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAM）改性开发了具有纳米门控功能的温度响应型BNM。PNIPAM修饰增加了支撑层对酶的几何限制，从而提高了酶的负载量，抑制了酶的渗漏，防止了酶过度迁移和聚集引起的膜通透性下降。通过优化反应单体的浓度、修饰时间的方法，基于PNIPAM的BNM显示出高双酚A（BPA）去除效率和长期稳定性。此外，PNIPAM-聚乙烯亚胺基BNMs可以在38°C下轻松实现再生，漆酶活性和BPA去除效率可完全恢复。这项工作将促进BNM在生物转化、药物输送和生物传感器等领域实现真正的应用。

0.1太赫兹的连续波照射促进小分子的跨膜转运

太赫兹（THz）辐射的生物效应因其对生物分子之间相互作用的影响而受到越来越多的关注。西安交通大学生命科学与技术学院卢晓云教授团队针对太赫兹辐照对细胞膜，特别是对细胞膜通透性的影响进行了深入研究。该团队研究发现0.1 THz照射促进了FM4-64标记细胞的内吞作用，动力抑制减弱并未完全消除THz对内吞作用的促进。此外，共聚焦显微镜观察和蛋白质印迹分析证明，0.1 THz辐射还促进了罗丹明以及化合物GDC0941和H89的跨膜转运。这些发现表明，0.1 THz辐射通过促进细胞内吞作用和扩散过程促进了小分子的跨膜转运。该团队的研究为太赫兹对细胞膜通透性的影响提供了直接证据，拓宽了太赫兹影响细胞生理过程的范围，并揭示了其在调节细胞膜功能方面的潜在应用。

大面积超薄聚亚胺纳米膜作为分子分离膜的界面合成

共价有机框架（COF）薄膜有望用于高渗透分子分离。然而，它们的合成需要高温或较长的反应时间，不适合大规模制备复合薄膜材料。多孔有机聚合物超薄膜可以替代COF膜实现分离目标。CSIR-中央盐与海洋化学研究所Sumit Kumar Pramanik、Amitava Das和Santanu Karan合作报道了过渡金属离子催化的室温制备超薄（≈12 nm）聚亚胺纳米薄膜的方法，该方法通过三聚氰胺和三甲酰基间苯三酚在很短的反应时间内在水解聚丙烯腈载体上实现界面聚合。复合膜具有高透水性（≈78 L m-2 h-1 bar-1）、高截留率（99.6%）的亮蓝R（825.9 g mol-1）、低截留NaCl（≈1.8%）和Na2SO4（≈17%），并实现高效的分子分离。文章证明了金属离子催化剂在大面积制造用于分子分离的超薄聚亚胺纳米膜中的作用。

使用单点铜（II）阳离子调节氧化石墨烯膜中的传输

控制通过氧化石墨烯（GO）膜的离子传输具有挑战性，尤其是在水环境中，因为氧化石墨烯（GO）膜具有很强的溶胀倾向。微调层间距和化学性质对于制造高选择性膜至关重要。芝加哥大学刘翀教授团队对单点二价阳离子在调节GO膜特性中的作用进行了深入研究。竞争性离子渗透测试表明，Cu2+阳离子通过GO膜的2D通道的传输超过其他阳离子（Mg2+/Ca2+/Co2+）。在没有/使用单点M2+修饰的情况下，原始GO、Mg-GO、Ca-GO和Cu-GO膜在湿态下的层间距分别为~13.6、15.6、14.5和12.3 Å。与原始GO、Mg-GO和Ca-GO膜相比，Cu-GO膜的NaCl（1 M）渗透率降低了两倍。在使用1000 ppm的NaCl和Na2SO4作为进料的反渗透测试中，Cu-GO膜的截留率分别为~78%和~94%，比对应的膜高5%~10%。

电催化膜去除水和废水中微污染物的最新进展

水和废水中越来越多的微污染物威胁着人类健康和生态安全。电催化膜（EM）是一种将膜分离与电化学技术相结合的新型混合水处理平台，过去十年中在去除水和废水中的微污染物方面引起了广泛关注。同济大学王志伟教授撰写综述文章系统地回顾了EM在去除水和废水中微量污染物方面的最新研究进展。文章首先介绍了EM去除微污染物的机制，随后总结和分析了EM相关膜材料和运行条件，最后讨论了EM在研究和应用中的挑战和未来前景。该综述旨为更有效地去除水和废水中的微污染物提供新的思路和方法。

用于分子分离的选择性渗透超薄高通量微孔聚芳基纳米膜

具有高渗透性和选择性的聚合物膜是水处理的理想方法。具有中等截留分子量（MW在400和700 g mol-1之间）的分离膜对于从水流中分离多价离子和小分子具有理想的分离效果。为最大限度地提高聚合物膜的分离性能，需要制备一类具有可控孔隙、孔径分布、表面电荷和薄活性层的聚合物膜。CSIR-中央盐与海洋化学研究所Shilpi Kushwaha和Ketan Patel研究团队报道了在超滤载体上使用界面聚合方法合成的厚度低至15 nm的聚芳基纳米膜的制备过程。电子显微镜分析揭示了聚芳基纳米膜中存在皱褶的表面形态。聚芳基纳米薄膜表现出约110 Lm-2 h-1 bar-1的高透水性，截断分子量大于∼450 gmol-1（分子标记），透水性为∼84 Lm-2 h-1 bar-1。与单价盐（~5%）和二价盐（~28%）相比，多价盐（K3[Fe(CN)6]）具有更高的截留率（>95%），其水渗透率为~81 Lm-2 h-1bar-1。

纳米功能化膜材料去除污染物的最新进展

膜技术在去除废水中的污染物方面引起了极大的关注，这主要是由于其较低的运行成本、小型设备尺寸、低能耗以及对于较低浓度的污染物的高效去除能力。高雄医学大学Yen-Ling Chen教授和国立台湾大学Huan-Tsung Chang教授合作撰文，梳理了该领域的相关文献，总结了用于废水处理的纳米改性膜材料的相关研究进展。文章指出，在聚合物基质中引入纳米材料会影响膜的表面粗糙度、疏水性、孔隙率和抗污染性等性能。该综述涵盖了功能化方法对制备纳米复合杂化薄膜的重要性及其对消除污染物的影响，系统讨论了膜内纳米材料对回收各种污染物（如金属离子、有机化合物、染料和微生物）的影响，提供了展示纳米功能化膜材料在废水再生方面应用潜力的成功案例，展望了开发纳米改性膜材料的未来前景。1974年，我们出版了首本旗舰期刊《细胞》。如今，CellPress已发展为拥有50多本期刊的全科学领域国际前沿学术出版社。我们坚信，科学的力量将永远造福人类。

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