Halofilik akuaporin ile modifiye edilmiş membranın tuz ve çözünür organik maddeleri itme performanslarının değerlendirilmesi

Abstract

Akuaporinler, canlı hücre zarlarında su geçişini kontrol eden protein kanallarıdır. Bu yapılar canlılığın devamı için gerekli olan suyu hücre içerisine alırken diğer molekülleri itme özelliğine sahiptir. Akuaporinlerin bu seçici mekanizmaları biyomimetik desalinasyon membran tasarımlarında kullanılmaktadır. Bu tez çalışmasında halofilik bir bakteri olan Halomonas elongata'dan E. coli'ye klonlanmış olan halofilik akuaporin kullanılmıştır. H. elongata akuaporinlerini içeren proteolipozomlar ara yüzey polimerizasyon yöntemi ile polisülfon membran yüzeyine kaplanarak biyomimetik İnce Film Nanofiltrasyon (TFN) membranı hazırlanmıştır. Membranın farklı tuz konsantrasyonlarında ve farklı basınçlardaki su geçirgenliği ve tuz itme kapasitesi akuaporin içermeyen kontrol membranı ile kıyaslanmıştır. Ayrıca hazırlanan biyomimetik membranın glukoz, üre ve gliserol maddelerini itme kapasitesi belirlenmiştir. H. elongata akuaporini ile üretilmiş biyomimetik membranın tüm çözeltileri itme hızı (g/m2.sa) ve akısı (L/m2.sa) kontrol membrandan daha yüksek bulunmuştur. Akuaporin içeren membranın tuz itme hızı 247.36 g/m2.sa, glikoz itme hızı 86.81 g/m2.sa, üre itme hızı 36.6 g/m2.sa, gliserol itme hızı ise 34.43 g/m2.sa olarak ölçülmüştür. Aquaporin bazlı biyomimetik nanofiltrasyon membranlarının geliştirilmesinde H. elongata akuaporininin, E. coli akuaporini yerine kullanılabilecek güçlü bir alternatif olduğu görülmüştür.Aquaporines are membrane proteins that control the water passage in the living cells. These proteins have the ability to reject molecules while taking the water which is necessary for the continuation of life. These selective mechanisms of aquaporins have attracted considerable interest in biomimetic membrane designs. In this study, a biomimetic nanofiltration membrane was prepared by using a halophilic aquaporin from Halomonas elongata, which was cloned in E. coli BL21 previously. Aquaporines was purified from recombinant E. coli cells and they are embedded in liposomes produced with DOPC oil. Proteoliposomes containing H. elongata aquaporins were coated on the surface of the polysulfone membrane by the interfacial polymerization method and a new biomimetic membrane was developed. The water flux and salt rejection rate of membrane with H. elongata aquaporin were higher than the control membrane. Then, glucose, urea and glycerol rejection capacities of the membrane were also investigated. The rejection rate of biomimetic membrane produced by H. elongata aquaporin was higher than the control membrane for all solutes. The salt, glucose, urea and glycerol rejection rates of the aquaporin based biomimetic membrane were found to be 247.36 g/m2.sa, 86.81 g/m2.sa, 36.6 g/m2.sa, 34.43 g/m2.sa, respectively. Thus, for the development of aquaporin-based biomimetic nanofiltration membranes, H. elongata aquaporin is a good alternative to E. coli aquaporin.