Prof. Liu Bo och kollegor vid University of Science and Technology of China (USTC) har utvecklat ett kiralt separationsmembran som kan fånga vänsterhänta kirala molekyler och släppa den högerhänta motsvarigheten med hjälp av tvådimensionella skiktade material. Det kirala membranet, uppvisar en separationseffektivitet på upp till 89 % mot limonenracemat, förväntas sättas i industriell produktion. Forskningen publicerades i Naturkommunikation den 7 juni.

I den klassiska kinesiska sagan Resan till väst , ingen kunde se skillnaden mellan den riktiga Monkey King och hans "onda tvilling" Six Ears, vilket orsakar mycket förvirring. Endast Buddha kunde skilja den verkliga Monkey King från den falska, se till att Monkey King kunde fortsätta sin resa.

Bland biomolekyler, många är oskiljaktiga från varandra – precis som Monkey King och Six Ears. Dessa är de så kallade kirala isomererna (enantiomerer), som har identiska kemiska formler men roterar i rymden i motsatta riktningar. De är spegelbilder av varandra och kan inte överlappas.

Dock, trots deras kemiska likhet, enantiomerer kan fungera väldigt olika. Till exempel, levamlodipin kan behandla högt blodtryck medan dextroamfetamin inte har någon sådan effekt. I den biofarmaceutiska processen, kirala isomerer produceras ofta samtidigt, så blandningen måste separeras. Dock, vänsterhänta och högerhänta molekyler är lika svåra att identifiera och separera som Monkey King och Six Ears.

Kirala separationsmembran är den mest imponerande lösningen. Dock, polymermembran har låg separationseffektivitet, och kristallina föreningar bildar inte lätt membran. Liu Bo och hans forskargrupp, använder ett tvådimensionellt (2D) skiktat material, justerade sitt mellanskiktsavstånd och introducerade kirala platser i mellanskiktsutrymmet, och satte ihop skikten till ett effektivt och stabilt kiralt separationsmembran.

"Membranet uppvisar hög selektiv permeationseffektivitet bland olika enantiomerer, sa Wang Yang, en Ph.D. student vid USTC och förste författare. "Den kan effektivt separera R-limonen och behålla det mesta av L-limonen. Separationsprestandan kan förbättras ytterligare när man applicerar ett visst tryck."

Detta arbete visar potentialen i att ställa in den kemiska miljön inom mellanskiktsutrymmet via elektrostatisk interaktion för att tillverka stabila membran som uppfyller funktionen av exakt siktning på subnanometerskala. Sådana membran skulle kunna användas för behandling av avloppsvatten och avsaltning, bland annat. Verkligen, Liu Bo ser "vida tillämpningsmöjligheter" för kirala membran som består av 2D-skikt.

För närvarande, forskarna kan tillverka kirala membran i centimeterskala i labbet. Teamet ökar membranstorleken till membran i meterskala, syftar till att separera kirala läkemedelsmolekyler för läkemedelsindustrin.