• 技術名稱
  • 量子點螢光探針技術在線上即時偵測薄膜積垢領域的應用
  • 計畫單位
  • 國立中興大學
  • 展區位置
  • 僅供線上展示
  • 聯絡人
  • 曾惠馨
  • 電子信箱
  • hhtseng@csmu.edu.tw
技術說明 僅管薄膜分離技術,如微濾、超濾、奈濾及逆滲透,已成功地被發展並應用於許多工業領域中進行化合物的分離與純化,膜積垢仍是一項急待解決的問題,尤其是待分離的流體為複雜且具有高積垢傾向的生物性流體。膜積垢係指「因懸浮性或溶解性物質沉積於薄膜外表面、孔口處或孔內部,而導致薄膜功能喪失的一種程序」。

傳統膜積垢偵測法係以測量通量減少及壓降增加等現象做為判斷依據,無法提供積垢位置、組成或積垢量等訊息;近年來,雖已開發數種基於光學法的線上即時積垢偵測技術,然於量測入射光的反射波強度時,易因積垢物的透光率等問題,使可偵測的積垢層厚度受到限制,仍難以提供高可信度的積垢訊息以正確判斷積垢形成機制。

本技術內容係開發 “發光量子點螢光技術於線上即時偵測膜積垢領域的應用”,由於量子點的螢光強度強、抗光漂白能力強及量子限域效應,可用同一波長的光激發不同大小的量子點而獲得多種顏色標記,並可經受多次激發;此外,量子點的螢光壽命長可獲得無背景干擾的螢光信號;量子點的生物相容性好,可進行特異性連接修飾同時檢測多種組成份的積垢物。

基於上述特性,本技術以化學法修飾量子點表面特性,再以鑄膜液摻混法將量子點均勻分散於高分子薄膜中,使其成為具有偵測帶電荷物質之量子點探針薄膜;量子點經化學修飾,可進行特異性連接,成為具有偵測帶相反電荷污染物之量子點螢光探針薄膜;舉例而言,帶負電荷之油酸(oileic acid),經三辛基磷(trictylphosphine)連接於硒化鎘/硫化鋅核殼型量子點(CdSe/ZnS Core-Shell quantum dot)後,再將其分散於聚偏氟乙烯膜,即成為可有效偵測帶正電荷物質之量子點探針薄膜,可用於偵測如蛋白質、氨基酸、金屬離子…等污染物質。此處的薄膜構型,可包括但不侷限於平板型、中空纖維型或管柱型。

將量子點螢光探針薄膜輔以紫外光/可見光光源、光纖探頭UV/vis光譜儀與螢光光譜儀將可線上偵測膜表面、膜孔口及膜內部積垢與積垢量。其中,位於膜表面積垢因未被量子點吸附,可經吸收UV/vis光源後的光譜可由UV/vis判讀;吸附於量子點表面之積垢物,則可因量子點的螢光特性及螢光強度會隨吸附量變化情形被螢光光譜儀偵測而視為薄膜孔口處或孔內部的積垢形成訊息。該技術可有效區別積垢形成位置、積垢組成與積垢量,可突破現行偵測技術之限制。
科學突破性 本技術基於量子點特性,以濕式化學法合成核殼型量子點,並進行表面修飾使其具特異性連接功能,再以鑄膜液摻混法將其均勻分散於高分子薄膜中,而成為具有偵測單一或數種帶電荷物質之量子點探針薄膜,輔以光纖、紫外光/可見光/螢光光譜儀,可同時偵測積垢位置、組成與量,大幅突破現行積垢偵測技術之限制。
產業應用性 該技術具有高分辨率和高靈敏度可研究積垢層的厚度、分佈、組成、濃度和結構特性,因此除化學工業外,亦可應用於生物技術、生物精煉廠和食品部門的積垢線上即時監測。此外,該技術可以延長膜的穩定操作時間和使用壽命,降低膜組件的操作和維護成本並具有啟動自動化反洗的能力,此為可廣泛使用為線上即時監測技術的基本要求。
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