Et let tryk for membranselektivitet

Membraner, der ændrer deres porestørrelse som reaktion på eksterne stimuli, såsom pH, varme og lys, er indstillet på at transformere separationsvidenskab og teknologi. Sådanne smarte membraner udviklet af KAUST-forskere viser afstembar porestørrelse, hvilket betyder, at de selektivt kan adskille forbindelser efter deres størrelse, når de udsættes for forskellige lysbølgelængder.

Kovalente organiske netværk (CON'er) er for nylig dukket op som metalfri potentielle alternativer til konventionelle membranmaterialer, såsom metal-organiske og zeolitiske rammer. Disse lette krystallinske porøse nanomaterialer, som er resultatet af organiske molekylære byggesten holdt sammen af ​​stærke kovalente bindinger, er stabile i vandige og organiske opløsningsmidler. De præsenterer også en veldefineret topologi og porestørrelse, hvilket gør dem attraktive til anvendelser på mange områder, herunder gasadsorption og -separation, energilagring og omdannelse, optoelektronik, kemisk sensing og medicinafgivelse. Imidlertid, disse strukturelle træk kan ikke ændres, hvilket begrænser membranernes anvendelighed.

Et KAUST-team har nu genereret en lysfølsom membran ved at inkorporere lys-omskiftelige azobenzenenheder i en CON. Disse lys-omskiftelige enheder vedtager to forskellige konfigurationer afhængigt af bestrålingsbølgelængden:en translineær geometri, når de udsættes for UV-lys, og acisbent geometri, når de udsættes for synligt lys. Denne tilgang var "inspireret af cellemembraner med stimuli-responsive kanaler til selvregulerende permeabilitet og selektivitet som reaktion på miljøsignaler, " siger postdoc Jiangtao Liu, som ledede undersøgelsen under Suzana Nuñes' mentorskab.

Forskerne brugte azobenzenderivater med en reaktiv gruppe ved hver ekstremitet som linkere til at bygge bro over store fleksible cykliske molekyler, kaldet cyklener, og at danne et kontinuerligt netværk. De opløste azobenzenderivater i en dichlormethan-hexanblanding og cyklen i vand og tillod disse forstadier at reagere ved den vandige-organiske grænseflade for at producere en fritstående membran. Membranen viste en "unik origami-lignende struktur, der kan foldes og foldes ud under UV og synligt lys, "Siger Liu.

Ved at kontrollere trans-til-cis-transformationen af ​​azobenzen ved hjælp af lys, holdet fjernmanipulerede membranporestørrelsen på molekylært niveau og, følgelig, dynamisk afstemt membranens permeabilitet og selektivitet mod forskellige opløsningsmiddel- og farvestofmolekyler. Liu forklarer, at eksponering for UV-lys "lukker" portene og reducerer porestørrelsen, som kan øge membranselektiviteten. Omvendt den oprindelige porestørrelse svarende til den "åbne" tilstand kan hentes ved hjælp af synligt lys.

Holdet planlægger at udvide deres arbejde ved at designe nye smarte membraner til DNA, RNA- eller virusgenkendelse ved hjælp af unikke vært-gæst-interaktioner.