Sockerarter kan vara utmärkta grindvakter för att separera blandningar av molekyler. Ett KAUST -team har upptäckt ett sätt att göra ett selektivt poröst membran genom att länka ett stort antal sockerstrukturer, känd som cyklodextriner, att bilda en tunn film.

Tills nu, membran gjorda av störande trassel av långkedjiga polymerer har varit "arbetshästmaterial" för småskalig molekylseparation i industriell skala, säger Klaus-Viktor Peinemann, som ledde laget på KAUST. Molekyler korsar dessa membran genom att glida genom luckor mellan de sammankopplade polymerkedjorna. Men, eftersom luckorna varierar i storlek, membranen är inte helt selektiva i molekylerna de tillåter att passera.

Cyklodextriner är trattformade sockerstrukturer där formen och storleken på kaviteten styr vilka molekyler som kan passera genom den. Med porer med fast form, cyklodextriner är attraktiva alternativa byggstenar för selektivt permeabla membran, säger Luis Francisco Villalobos, första författare till uppsatsen och doktorand i Peinemanns laboratorium. Hindret var att ingen hade hittat ett sätt att ansluta cyklodextriner för att bilda ett membran.

Teamet använde en "mycket gammal strategi" för att övervinna detta problem, enligt Villalobos, anpassa det syntetiska tillvägagångssättet som redan används av industrin för att göra polyamidmembran för omvänd osmosavskiljning, såsom avsaltning av vatten. Jämfört med byggstenarna som används för att göra polyamidmembran, "cyklodextriner är bulkigare, mindre reaktiv, mindre lösliga och tenderar att aggregera i vattenlösningar, "Villalobos tillägger.

För att få dem att reagera, nyckeln var att hitta rätt pH.

Under starkt alkaliska förhållanden, cyklodextrinerna förlorar en proton, bildar en jonisk struktur med ökad reaktivitet och löslighet. Teamet utnyttjade denna upptäckt för att skapa kontinuerliga filmer av cyklodextriner, som visade sig ha utmärkt porositet. "Membranen vi framställde tillät lösningsmedel att tränga igenom mer än tio gånger snabbare än motsvarande kommersiellt tillgängliga membran, "Säger Villalobos.

"Dessutom, de kan skilja mellan molekyler baserat på deras form tack vare cyklodextrinernas hålrum, "Villalobos tillägger. Som ett principbevis, laget separerade en blandning av två molekyler av liknande storlek men olika form.

Eftersom cyklodextriner är ett billigt och lättillgängligt material tillverkat av stärkelse, dessa membran kan vara ett mycket attraktivt material för att separera blandningar av molekyler i industriell skala, Säger Peinemann.

"Men detta är bara det första steget - cyklodextriner är bara ett exempel på en i grunden porös byggsten, "Villalobos tillägger." Liknande strategier kan följas för att tillverka filmer med andra byggstenar med hålrumsstorlekar som är attraktiva för riktade, industriellt relevanta separationer. "