Ny membran adskiller spejlede molekyler effektivt

Prof. Liu Bo og kolleger ved University of Science and Technology of China (USTC) har udviklet en chiral separationsmembran, der er i stand til at fange venstrehåndede chirale molekyler og frigive den højrehåndede modpart ved hjælp af todimensionelle lagdelte materialer. Den chirale membran, viser en separationseffektivitet på op til 89% mod limonen-racemat, forventes sat i industriel produktion. Forskningen blev offentliggjort i Naturkommunikation den 7. juni.

I den klassiske kinesiske fortælling Rejse til vesten , ingen kunne se forskel på den rigtige abekonge og hans "onde tvilling" Six Ears, derved skabe megen forvirring. Kun Buddha kunne skelne den rigtige abekonge fra den falske, at sikre, at Abekongen kunne fortsætte sin rejse.

Blandt biomolekyler, mange er uadskillelige fra hinanden - ligesom Abekongen og Six Ears. Disse er de såkaldte chirale isomerer (enantiomerer), som har identiske kemiske formler, men roterer i rummet i modsatte retninger. De er spejlbilleder af hinanden og kan ikke overlejres.

Imidlertid, på trods af deres kemiske lighed, enantiomerer kan fungere meget forskelligt. For eksempel, levamlodipin kan behandle forhøjet blodtryk, mens dextroamphetamin ikke har en sådan effekt. I den biofarmaceutiske proces, chirale isomerer produceres ofte på samme tid, så blandingen skal adskilles. Imidlertid, venstrehåndede og højrehåndede molekyler er lige så svære at identificere og adskille som Monkey King og Six Ears.

Chirale separationsmembraner er den mest imponerende løsning. Imidlertid, polymermembraner har lav separationseffektivitet, og krystallinske forbindelser danner ikke let membraner. Liu Bo og hans forskerhold, ved at bruge et todimensionelt (2-D) lagdelt materiale, indstillede sin mellemlagsafstand og introducerede chirale steder i mellemlagsrummet, og samlede lagene til en effektiv og stabil chiral separationsmembran.

"Membranen udviser høj selektiv permeationseffektivitet blandt forskellige enantiomerer, " sagde Wang Yang, en ph.d. studerende ved USTC og førsteforfatter. "Den kan effektivt adskille R-limonen og tilbageholde det meste af L-limonen. Separationsydelsen kan forbedres yderligere, når der påføres et vist tryk."

Dette arbejde demonstrerer potentialet i at indstille det kemiske miljø i mellemlagsrummet via elektrostatisk interaktion for at fremstille stabile membraner, der opfylder funktionen af ​​præcis sigtning på subnanometerskalaen. Sådanne membraner kunne anvendes til spildevandsbehandling og afsaltning, blandt andet. Ja, Liu Bo ser "brede anvendelsesmuligheder" for chirale membraner, der omfatter 2-D lag.

I øjeblikket, forskerne er i stand til at fremstille chirale membraner i centimeterskalaen i laboratoriet. Holdet øger membranstørrelsen til membraner i meterskala, sigter på at adskille chirale lægemiddelmolekyler til den farmaceutiske industri.