Традиційні ультрафільтраційні (УФ) мембрани використовуються в таких галузях промисловості, як фармацевтична, де молекули розділяються на основі їх розміру. Однак розділення молекул подібного розміру з різними хімічними складами, наприклад, антитіл з різними структурами, завжди було складним завданням. Тепер вчені Корнельського університету розробили революційний метод, який дозволяє ультрафіолетовим мембранам фільтрувати молекули не за розміром, а за їх хімічною структурою.
Цей інноваційний підхід полягає у введенні міцел хімічно відмінного блок-сополімеру в мембранні матеріали. Міцели — це крихітні полімерні кульки, що самозбираються, які можна модифікувати, щоб мати певні хімічні властивості. Стратегічно поєднуючи ці міцели, дослідники змогли створити різноманітні порові поверхні в мембрані.
«Уявіть собі білкові канали в клітинах — вони можуть розрізняти іони металів подібного розміру на основі хімічного складу їхніх порожнистих проходів», — пояснює Ульріх Віснер, провідний автор дослідження та професор Корнельського університету. «Ми запозичили цю концепцію у природи, щоб розробити УФ-мембрани з хімічно програмованими порами».
Команда під керівництвом Ліллі Цаур детально вивчила взаємодію цих міцел у верхньому шарі мембрани. Вони використовували скануючий електронний мікроскоп, щоб візуалізувати їх розташування, і разом із машинним навчанням визначили точне розташування кожного типу міцел на основі дрібних пор. Молекулярне моделювання, проведене Фернандо Ескобедо та Луїсом Ньєвесом-Росадо, надало важливу інформацію про складні правила самоорганізації, що керують цими міцелами.
Це дослідження продовжує попередню роботу групи Війцнера, яка вже призвела до розробки економічно ефективних УФ-мембран для відділення вірусів від біофармацевтичних препаратів. Нове відкриття може революціонізувати цю галузь, дозволяючи виробникам легко адаптувати існуючі виробничі процеси для створення мембран, призначених для певного хімічного розділення.
«Зараз компанії використовують безперервний процес для виробництва цих мембран», — каже Візнер. «Наш метод пропонує їм простий спосіб змінити магічний пил — склад міцел — і створити хімічно різноманітні поверхні пор».
Ця зміна парадигми УФ-технології відкриває захоплюючі нові можливості, окрім фільтрації, включаючи інтелектуальні покриття, які реагують на навколишнє середовище, і високочутливі біосенсори, призначені для виявлення конкретних молекул. Зараз дослідники глибше вивчають ці матеріали, досліджуючи, як хімічні структури поширюються під поверхнею мембрани.
