Suikers kunnen uitstekende poortwachters zijn voor het scheiden van mengsels van moleculen. Een KAUST-team heeft een manier ontdekt om een ​​selectief poreus membraan te maken door grote aantallen suikerstructuren aan elkaar te koppelen, bekend als cyclodextrines, om een ​​dunne film te vormen.

Tot nu, membranen gemaakt van ongeordende kluwens van polymeren met lange ketens waren de "werkpaardmaterialen" van industriële scheiding van kleine moleculen, zegt Klaus-Viktor Peinemann, die het team van KAUST leidde. Moleculen passeren deze membranen door door openingen tussen de onderling verbonden polymeerketens te glippen. Maar, omdat de gaten variëren in grootte, de membranen zijn niet perfect selectief in de moleculen die ze laten passeren.

Cyclodextrines zijn trechtervormige suikerstructuren waarin de vorm en grootte van de holte bepaalt welke moleculen er doorheen kunnen gaan. Met vaste vorm poriën, cyclodextrines zijn aantrekkelijke alternatieve bouwstenen voor selectief permeabele membranen, zegt Luis Francisco Villalobos, eerste auteur van de paper en promovendus in Peinemann's lab. De hindernis was dat niemand een manier had gevonden om cyclodextrines te verbinden tot een membraan.

Het team gebruikte een "zeer oude strategie" om dit probleem op te lossen, volgens Villalobos, aanpassing van de synthetische benadering die al door de industrie wordt gebruikt om polyamidemembranen te maken voor scheidingen door omgekeerde osmose, zoals waterontzilting. Vergeleken met de bouwstenen die worden gebruikt om polyamidemembranen te maken, "cyclodextrines zijn omvangrijker, minder reactief, minder oplosbaar en hebben de neiging om te aggregeren in waterige oplossingen, ' voegt Villalobos toe.

Om ze te laten reageren, de sleutel was om de juiste pH te vinden.

Onder sterk alkalische omstandigheden, de cyclodextrines verliezen een proton, het vormen van een ionische structuur met verhoogde reactiviteit en oplosbaarheid. Het team gebruikte deze ontdekking om continue films van cyclodextrines te maken, die een uitstekende porositeit bleek te hebben. "De membranen die we hebben gemaakt, lieten oplosmiddelen meer dan tien keer sneller doordringen dan gelijkwaardige, in de handel verkrijgbare membranen, ' zegt Villalobos.

"Bovendien, ze kunnen onderscheid maken tussen moleculen op basis van hun vorm dankzij de holtes van de cyclodextrines, " voegt Villalobos toe. Als een proof-of-principle, het team scheidde een mengsel van twee moleculen van vergelijkbare grootte maar met een verschillende vorm.

Omdat cyclodextrines een goedkoop en gemakkelijk verkrijgbaar materiaal zijn, geproduceerd uit zetmeel, deze membranen zouden een zeer aantrekkelijk materiaal kunnen zijn voor het scheiden van mengsels van moleculen op industriële schaal, zegt Peinemann.

"Maar dit is slechts de eerste stap - cyclodextrines zijn slechts één voorbeeld van een intrinsiek poreuze bouwsteen, " Villalobos voegt toe. "Vergelijkbare strategieën kunnen worden gevolgd om films te fabriceren met behulp van andere bouwstenen met caviteitsafmetingen die aantrekkelijk zijn voor gerichte, industrieel relevante scheidingen."