Adskillelse en sød succes

Sukker kan være fremragende gatekeepere til at adskille blandinger af molekyler. Et KAUST-team har opdaget en måde at lave en selektivt porøs membran ved at forbinde et stort antal sukkerstrukturer, kendt som cyclodextriner, for at danne en tynd film.

Indtil nu, Membraner fremstillet af uordnede sammenfiltringer af langkædede polymerer har været "arbejdshestmaterialerne" til adskillelse af små molekyler i industriel skala, siger Klaus-Viktor Peinemann, der ledede holdet på KAUST. Molekyler krydser disse membraner ved at glide gennem huller mellem de indbyrdes forbundne polymerkæder. Men, fordi hullerne varierer i størrelse, membranerne er ikke perfekt selektive i de molekyler, de tillader at krydse.

Cyclodextriner er tragtformede sukkerstrukturer, hvor formen og størrelsen af ​​hulrummet styrer, hvilke molekyler der kan passere gennem det. Med faste porer, cyclodextriner er attraktive alternative byggesten til selektivt permeable membraner, siger Luis Francisco Villalobos, første forfatter til papiret og ph.d.-studerende i Peinemanns laboratorium. Hindringen var, at ingen havde fundet en måde at forbinde cyclodextriner til at danne en membran.

Holdet brugte en "meget gammel strategi" til at overvinde dette problem, ifølge Villalobos, tilpasning af den syntetiske tilgang, som allerede anvendes af industrien til fremstilling af polyamidmembraner til omvendt osmose-separationer, såsom vandafsaltning. Sammenlignet med byggestenene, der bruges til at fremstille polyamidmembraner, "cyclodextriner er mere omfangsrige, mindre reaktiv, mindre opløselige og har tendens til at aggregere i vandige opløsninger, " tilføjer Villalobos.

For at få dem til at reagere, nøglen var at finde den rigtige pH.

Under stærkt alkaliske forhold, cyclodextrinerne mister en proton, danner en ionisk struktur med boostet reaktivitet og opløselighed. Holdet udnyttede denne opdagelse til at skabe kontinuerlige film af cyclodextriner, som viste sig at have fremragende porøsitet. "Membranerne, vi forberedte, tillod opløsningsmidler at trænge mere end ti gange hurtigere end tilsvarende kommercielt tilgængelige membraner, " siger Villalobos.

"I øvrigt, de kan skelne mellem molekyler baseret på deres form takket være hulrummene i cyclodextrinerne, " tilføjer Villalobos. Som et bevis på princippet, holdet adskilte en blanding af to molekyler af samme størrelse, men forskellig form.

Fordi cyclodextriner er et billigt og let tilgængeligt materiale fremstillet af stivelse, disse membraner kunne være et meget attraktivt materiale til adskillelse af blandinger af molekyler i industriel skala, siger Peinemann.

"Men dette er kun det første skridt - cyclodextriner er kun et eksempel på en iboende porøs byggesten, "Villalobos tilføjer. "Lignende strategier kunne følges til at fremstille film ved hjælp af andre byggeklodser med hulrumsstørrelser, der er attraktive for målrettede, industrielt relevante adskillelser."