Fig. 1 Robust, enkel syntesprocess för nanofilter AAM-membran i 3D-mosaikbur silica NTs för molekylär orientering och storleksavskärning av proteiner. Obs:Förkortningarna som används är N-trimetoxisilylpropyl-N, N, N-trimetylammoniumklorid (TMAC), tetrametylortosilikat (TMOS), och trymetylklorsilan (TMCS).
Ett team ledd av Dr. Sherif El-Safty, Exploratory Material Research Laboratory for Energy and Environment, National Institute for Materials Science (NIMS; Japan), tillverkade täta mosaikbur kiseldioxid nanorör (NT) inuti anodiska aluminiumoxidmembran (AAM) som en lovande kandidat nanofilter för höghastighets (inom flera sekunder) storleksekskluderande separation av högkoncentrationsmakromolekyler.
Hittills, Separering av proteiner i relativt homogena grupper och storlekar har varit mycket viktig i biofarmaceutiska läkemedel och läkemedel. Ur praktisk synvinkel, kraven för dessa applikationer inkluderar enkel uppskalning, snabb separation, lämplighet för höga produktionsvolymer, och låg kostnad. Tekniskt, Utformningen av extremt robusta filtermembran utan bildning av luftgap mellan membrannanokanaler är en återstående utmaning, eftersom porluckor inte bara minskar potentialen för storleksuteslutande nanofiltreringssystem, men också begränsa den långsiktiga lagringsstabiliteten för NTs, försvårar lagring även i en månad.
För praktisk kontroll av mosaik nanofiltermembran, ett allmänt tillvägagångssätt baserat på tätt konstruerade tredimensionella (3D) mesocage-strukturer inuti silica NTs antogs. I denna design, multifunktionell ytbeläggning av porkanalerna i AAM underlättade produktionen av extremt robusta konstruerade sekvenser av membran som "riktiga nanofilter" utan "avskiljande porer" (luftgap) mellan de tillverkade nanorören inuti AAM. Tillvägagångssättet som används av NIMS-teamet är idealiskt för att konstruera rörstrukturerade arkitekturer inuti membran med vertikal inriktning, öppna ytor på topp-botten ändar, flerriktad (3D) poranslutning, och stabilitet, som är lovande för tillämpning på nanofiltersystem.
Nyckeln till denna utveckling var det faktum att nanofiltersystemet effektivt separerar makromolekyler som proteiner av olika storlekar över ett brett, justerbart koncentrationsintervall. Även om konventionella processer kräver så mycket som 12 timmar eller mer, denna teknik ger en snabb filtreringsprocess som uppnår filtrering på några sekunder, trots proteinernas blockerande effekt under filtreringsprocessen.
De inneboende egenskaperna hos NIMS-designen (hållbarhet eller långtidsstabilitet, separationseffektivitet, återanvändbarhet) är viktiga fördelar i jämförelse med de konventionella proteinnanofiltertekniker som hittills använts. Sådana fördelar kommer att vara nyckeln till utvecklingen av en tillverkningsmetod med potential att bli den optimala metoden för design av nanofilter för filtrering och molekylär transport av flera arter.
Resultaten av denna forskning visade att NIMS-metoden erbjuder ett tids- och kostnadseffektivt alternativt verktyg till nuvarande makromolekylanalysmetoder. Denna utveckling ger också nya insikter om styrdesign av enheter inom elektronik, sensorer, och annan nanoteknik.
