Membran ultrafiltrasi (UF) sangat penting dalam industri seperti farmasi, di mana membran tersebut memisahkan molekul berdasarkan ukuran. Namun, memisahkan molekul berukuran serupa dengan komposisi kimia berbeda – bayangkan antibodi dengan struktur berbeda – selalu menjadi tantangan. Kini, para peneliti di Cornell University telah mengembangkan metode inovatif yang memungkinkan membran UF menyaring molekul bukan berdasarkan ukurannya, namun berdasarkan susunan kimianya.
Pendekatan inovatif ini melibatkan penggabungan misel kopolimer blok yang berbeda secara kimia ke dalam bahan membran. Misel adalah bola polimer kecil yang dapat dirakit sendiri dan disesuaikan dengan sifat kimia tertentu. Dengan memadukan misel-misel ini secara strategis, para peneliti mampu menciptakan permukaan pori yang beragam di dalam membran.
“Bayangkan saluran protein dalam sel – mereka dapat membedakan ion logam berukuran serupa berdasarkan kimia yang melapisi pori-porinya,” jelas Ulrich Wiesner, penulis senior studi tersebut dan seorang profesor di Cornell University. “Kami meminjam konsep ini dari alam untuk mengembangkan membran UF dengan pori-pori yang dapat diprogram secara kimia.”
Tim yang dipimpin oleh Lilly Tsaur dengan cermat mempelajari bagaimana misel berinteraksi di lapisan atas membran. Mereka menggunakan pemindaian mikroskop elektron untuk memvisualisasikan susunannya dan menggabungkannya dengan pembelajaran mesin untuk mengidentifikasi lokasi spesifik setiap jenis misel berdasarkan pola pori yang halus. Simulasi molekuler yang dilakukan oleh Fernando Escobedo dan Luis Nieves-Rosado memberikan wawasan penting tentang aturan perakitan mandiri yang rumit yang mengatur misel ini.
Penelitian ini didasarkan pada penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh kelompok Wiesner, yang telah mengarah pada pengembangan membran UF yang hemat biaya untuk memisahkan virus dari biofarmasi. Penemuan baru ini dapat merevolusi bidang ini dengan memungkinkan produsen dengan mudah mengadaptasi proses produksi yang ada untuk menciptakan membran yang disesuaikan untuk pemisahan bahan kimia tertentu.
“Perusahaan saat ini menggunakan proses yang konsisten untuk memproduksi membran ini,” kata Wiesner. “Metode kami menawarkan cara sederhana untuk mengubah ‘debu ajaib’ – komposisi misel – dan mencapai permukaan pori-pori yang beragam secara kimiawi.”
Pergeseran paradigma dalam teknologi UF membuka kemungkinan-kemungkinan baru yang menarik di luar filtrasi, termasuk pelapis cerdas yang bereaksi terhadap lingkungan dan biosensor sangat sensitif yang dirancang untuk mendeteksi molekul tertentu. Para peneliti kini menyelidiki lebih dalam bahan-bahan ini, mengeksplorasi bagaimana pola kimia meluas di bawah permukaan membran.
