Prof. Liu Bo en collega's van de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China (USTC) hebben een chiraal scheidingsmembraan ontwikkeld dat in staat is om linkshandige chirale moleculen te vangen en de rechtshandige tegenhanger vrij te geven met behulp van tweedimensionale gelaagde materialen. Het chirale membraan, met een scheidingsefficiëntie tot 89% ten opzichte van limoneenracemaat, zal naar verwachting in industriële productie worden gebracht. Het onderzoek is gepubliceerd in Natuurcommunicatie op 7 juni

In het klassieke Chinese verhaal Reis naar het westen , niemand kon het verschil zien tussen de echte Monkey King en zijn "slechte tweeling" Six Ears, waardoor er veel verwarring ontstaat. Alleen de Boeddha kon de echte Monkey King onderscheiden van de nep, ervoor te zorgen dat de Apenkoning zijn reis kon voortzetten.

Onder biomoleculen, velen zijn onafscheidelijk van elkaar, net als de Monkey King en Six Ears. Dit zijn de zogenaamde chirale isomeren (enantiomeren), die identieke chemische formules hebben maar in tegengestelde richting in de ruimte draaien. Ze zijn spiegelbeelden van elkaar en kunnen niet over elkaar heen geplaatst worden.

Echter, ondanks hun chemische gelijkenis, enantiomeren kunnen heel verschillend functioneren. Bijvoorbeeld, levamlodipine kan hoge bloeddruk behandelen, terwijl dextroamfetamine een dergelijk effect niet heeft. In het biofarmaceutische proces, chirale isomeren worden vaak tegelijkertijd geproduceerd, dus het mengsel moet worden gescheiden. Echter, linkshandige en rechtshandige moleculen zijn net zo moeilijk te identificeren en te scheiden als de Monkey King en Six Ears.

Chirale scheidingsmembranen zijn de meest indrukwekkende oplossing. Echter, polymeermembranen hebben een lage scheidingsefficiëntie, en kristallijne verbindingen vormen niet gemakkelijk membranen. Liu Bo en zijn onderzoeksteam, met behulp van een tweedimensionaal (2-D) gelaagd materiaal, de afstand tussen de lagen afgestemd en chirale plaatsen in de tussenlaagruimte geïntroduceerd, en assembleerde de lagen tot een efficiënt en stabiel chiraal scheidingsmembraan.

"Het membraan vertoont een hoge selectieve permeatie-efficiëntie tussen verschillende enantiomeren, " zei Wang Yang, een doctoraat student aan USTC en de eerste auteur. "Het kan het R-limoneen efficiënt scheiden en het meeste L-limoneen vasthouden. De scheidingsprestaties kunnen verder worden verbeterd bij het uitoefenen van een bepaalde druk."

Dit werk demonstreert het potentieel van het afstemmen van de chemische omgeving in de tussenlaagruimte via elektrostatische interactie om stabiele membranen te fabriceren die de functie vervullen van nauwkeurig zeven op sub-nanometerschaal. Dergelijke membranen kunnen worden toegepast op afvalwaterverwerking en ontzilting, onder andere. Inderdaad, Liu Bo ziet "brede toepassingsmogelijkheden" voor chirale membranen die uit 2D-lagen bestaan.

Momenteel, in het lab kunnen de onderzoekers chirale membranen maken op centimeterschaal. Het team vergroot de membraangrootte tot membranen op meterschaal, gericht op het scheiden van chirale medicijnmoleculen voor de farmaceutische industrie.