先进化工材料关键技术丛书--智能膜

随着膜科学技术的迅速发展，功能膜在现代生活及工业生产中占有越来越重要的地位，受到了国内外越来越广泛的关注和重视。功能膜技术被认为在21世纪的工业技术改造中起战略作用，是有发展前景的高新技术之一。

仿生技术正不断地从自然界中为我们带来新思想、新原理和新方法，以发展新的高科技世界。自然界中的生物膜具有跨膜的环境刺激响应型通道，为膜领域的科学家和研究人员开发人工仿生智能膜提供了原始灵感。这类具有环境刺激响应型通道的膜不仅具有选择因子，而且具有环境刺激响应因子和开关因子，对制备更先进、更高效的人工仿生膜具有极大的吸引力。环境刺激响应型智能材料是一种具有感知环境信号和响应能力的材料。它们可以通过响应外部刺激（如温度、pH值、应力、湿度、电场或磁场信号变化），在一个或多个特性方面以可控方式产生显著改变。如今，刺激响应型智能材料正受到世界各国越来越广泛的关注和重视。这种智能材料的诞生，使设计和制备人工仿生智能膜成为可能。

智能膜作为一种人工仿生膜，能够对环境刺激做出响应，引起了各个领域越来越广泛的关注和重视。智能膜的表面特性和渗透特性，包括水力渗透性（即溶剂的压力驱动的流体流动）和扩散渗透性（即溶质的浓度驱动的分子扩散），可根据环境中的微小化学或物理信号变化，如温度、pH值、离子强度、电场、光照、葡萄糖浓度、氧化还原、化学或生物物质种类等信号的变化，进行显著的自我调节或调控。由于智能膜材料和膜系统在控制释放、化学分离、生物分离、化学传感、人工细胞、人工脏器、水处理等许多领域具有重要的应用价值，被认为是21世纪膜科学与技术领域的重要发展方向之一。作为新兴的仿生膜，智能膜受到了前所未有的关注和重视。目前智能膜已成为国内外膜学领域研究的新热点。

近20年来，笔者团队在国家重点基础研究发展计划（973计划）课题“智能膜材料设计与制备科学研究”（2009CB623407）、国家杰出青年科学基金项目“环境响应型智能膜材料创新与膜过程强化基础研究”（20825622）、国家优秀青年科学基金项目“智能膜材料与膜过程”（21622604）、国家自然科学基金重大项目重点课题“离子响应性分离膜限域结构的构筑与调控”（21490582）、国家自然科学基金项目“智能化手性拆分膜的制备及其自律式膜分离机理研究”（50373029）等40余项和省部级项目资助下，在智能膜领域取得了系列创新性成果，受到了国内外同行广泛关注和重视，智能膜相关的部分研究成果已获得省部级自然科学奖一等奖。

本书内容主要是笔者团队—四川大学膜科学与功能材料研究团队在智能膜方面的研究成果，旨在为读者提供一本系统地介绍智能膜方面的中文书籍，不仅全面介绍智能膜的概况，而且系统介绍智能膜材料和膜过程方面的研究新进展，以期促进和推动中国在智能膜领域的进步和发展。主要内容包括智能膜的设计思想、制备策略及方法、微结构及性能、应用领域以及展望等，对于膜科学技术及相关领域广大学者，特别是对设计和制备人工仿生智能膜材料和膜系统感兴趣的广大科技人员，具有重要参考价值。

全书由十四章组成。章简要介绍智能膜的定义、设计策略、制备方法、分类、应用等。第二章主要介绍智能膜的制备策略和方法。第三章至第九章介绍各种不同类型的智能膜，第三章主要介绍温度响应型智能膜，第四章主要介绍pH响应型智能膜，第五章主要介绍醇浓度响应型智能膜，第六章主要介绍葡萄糖浓度响应型智能膜，第七章主要介绍离子识别型智能膜，第八章主要介绍分子识别型智能膜，第九章主要介绍多重刺激响应型智能膜。第十章至第十四章介绍智能膜的各种应用，第十章主要介绍智能膜在控制释放中的应用，第十一章主要介绍智能膜在可控分离中的应用，第十二章主要介绍智能膜在可控反应中的应用，第十三章主要介绍智能膜在传感检测中的应用，第十四章主要介绍智能膜在细胞培养中的应用。

章和第二章由褚良银教授撰写，第三章、第五章和第八章由谢锐教授撰写，第四章、第九章和第十章由巨晓洁教授撰写，第六章、第十二章和第十三章由汪伟教授撰写，第七章、第十一章和第十四章由刘壮教授撰写。

在此，谨代表作者团队衷心感谢国家自然科学基金委员会、科技部、、四川省科技厅、四川大学、霍英东教育基金会、高分子材料工程国家重点实验室等对我们从事智能膜相关研究工作的大力资助，衷心感谢一直以来给予我们指导、帮助和支持的各位前辈、专家、领导、同行和朋友！同时，也借此机会衷心感谢为智能膜相关研究工作做出贡献的团队所有成员。

本书有幸入选中国化工学会组织编写、化学工业出版社出版的“先进化工材料关键技术丛书”，在此衷心感谢中国化工学会、化学工业出版社的盛情邀请和帮助以及丛书编委会专家的指导。

由于笔者水平有限，本书难免存在不足之处，恳请有关专家和读者不吝指正。

褚良银

2021年10月于四川大学

《智能膜》是“先进化工材料关键技术丛书”的一个分册。

由于智能膜材料和膜系统在控制释放、化学分离、生物分离、化学传感、人工细胞、人工脏器、水处理等许多领域具有重要的应用价值，被认为是21世纪膜科学与技术领域的重要发展方向之一。作为新兴的仿生膜，智能膜已成为国内外膜材料与膜系统领域研究的新热点。本书是作者团队20年来对“973计划”、国家杰出青年科学基金项目、国家优秀青年科学基金项目、国家自然科学基金重大项目等40余项和省部级项目系列创新性成果的总结。不仅全面介绍智能膜的概况，而且系统介绍智能膜材料和膜过程方面的研究新进展，包括：绪论、 智能膜的制备策略和方法、 温度响应型智能膜、pH响应型智能膜、醇浓度响应型智能膜、葡萄糖浓度响应型智能膜、离子识别型智能膜、分子识别型智能膜、多重刺激响应型智能膜、智能膜在控制释放中的应用、智能膜在可控分离中的应用、智能膜在可控反应中的应用、智能膜在传感检测中的应用、智能膜在细胞培养中的应用等。

《智能膜》适合材料、化工领域，尤其是膜材料领域科研和工程技术人员阅读，也可供高等学校高分子、功能材料、化工及相关专业师生参考。