Tradiční ultrafiltrační (UF) membrány se používají v průmyslových odvětvích, jako je farmacie, kde se molekuly oddělují na základě jejich velikosti. Oddělení molekul podobné velikosti s různým chemickým složením – například protilátek s různými strukturami – však bylo vždy výzvou. Nyní vědci z Cornell University vyvinuli revoluční metodu, která umožňuje UV membránám filtrovat molekuly nikoli podle velikosti, ale podle jejich chemické struktury.
Tento inovativní přístup spočívá v začlenění chemicky odlišných blokových kopolymerových micel do membránových materiálů. Micely jsou malé, samoskládající se polymerní kuličky, které lze upravit tak, aby měly specifické chemické vlastnosti. Strategickým kombinováním těchto micel byli vědci schopni vytvořit různé povrchy pórů v membráně.
„Představte si proteinové kanály v buňkách – mohou rozlišovat mezi ionty kovů podobné velikosti na základě chemie jejich dutých průchodů,“ vysvětluje Ulrich Wiisner, hlavní autor studie a profesor na Cornell University. “Tento koncept jsme si vypůjčili od přírody, abychom vyvinuli UV membrány s chemicky programovatelnými póry.”
Tým vedený Lilly Tsaur podrobně studoval interakci těchto micel v horní vrstvě membrány. Použili rastrovací elektronový mikroskop k vizualizaci jejich umístění a spolu se strojovým učením identifikovali přesné umístění každého typu micel na základě vzorů jemných pórů. Molekulární simulace od Fernanda Escobeda a Luise Nieves-Rosada poskytly důležité poznatky o složitých samoorganizačních pravidlech, kterými se tyto micely řídí.
Tento výzkum navazuje na předchozí práci Wijznerovy skupiny, která již vedla k vývoji nákladově efektivních UV membrán pro separaci virů z biofarmak. Nový objev by mohl způsobit revoluci v oboru tím, že výrobcům umožní snadno přizpůsobit stávající výrobní procesy k vytvoření membrán určených pro specifické chemické separace.
„Společnosti nyní používají k výrobě těchto membrán nepřetržitý proces,“ říká Wisner. “Naše metoda jim nabízí jednoduchý způsob, jak změnit magický prach – složení micel – a vytvořit chemicky různorodé povrchy pórů.”
Tento posun paradigmatu v UV technologii otevírá vzrušující nové možnosti nad rámec filtrace, včetně inteligentních povlaků, které reagují na prostředí a vysoce citlivých biosenzorů navržených k detekci specifických molekul. Vědci se nyní ponořují hlouběji do těchto materiálů a zkoumají, jak se chemické vzory šíří pod povrchem membrány.
