Ilustración de la membrana quiral para la permeación selectiva. Crédito:equipo de LIU Bo
El profesor Liu Bo y sus colegas de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) han desarrollado una membrana de separación quiral capaz de capturar moléculas quirales de la mano izquierda y liberar la contraparte de la mano derecha utilizando materiales en capas bidimensionales. La membrana quiral, mostrando una eficiencia de separación de hasta el 89% hacia el racemato de limoneno, Se espera que se ponga en producción industrial. La investigación fue publicada en Comunicaciones de la naturaleza el 7 de junio.
En el cuento clásico chino Viaje al Oeste , nadie podía notar la diferencia entre el verdadero Rey Mono y su "gemelo malvado" Six Ears, causando así mucha confusión. Solo el Buda pudo distinguir al verdadero Rey Mono del falso, asegurándose de que el Rey Mono pudiera continuar su viaje.
Entre biomoléculas, muchos son inseparables entre sí, como el Rey Mono y Six Ears. Estos son los llamados isómeros quirales (enantiómeros), que tienen fórmulas químicas idénticas pero giran en el espacio en direcciones opuestas. Son imágenes especulares entre sí y no se pueden superponer.
Sin embargo, a pesar de su similitud química, los enantiómeros pueden funcionar de manera muy diferente. Por ejemplo, levamlodipine puede tratar la presión arterial alta, mientras que la dextroanfetamina no tiene tal efecto. En el proceso biofarmacéutico, los isómeros quirales a menudo se producen al mismo tiempo, por lo que la mezcla debe separarse. Sin embargo, Las moléculas zurdas y diestras son tan difíciles de identificar y separar como el Rey Mono y las Seis Orejas.
Los sitios quirales (árboles) se insertan entre dos capas de nitruro de carbono en fase de grafito (capas de nubes). Los 'árboles' pueden atrapar las moléculas zurdas (Six Ears) mientras permiten que las diestras (Monkey King) sean transportadas, resultando así en una alta eficiencia de separación. Crédito:CUI Jie
Las membranas de separación quiral son la solución más impresionante. Sin embargo, las membranas de polímero tienen una baja eficiencia de separación, y los compuestos cristalinos no forman membranas fácilmente. Liu Bo y su equipo de investigación, utilizando un material en capas bidimensional (2-D), ajustó su distancia entre capas e introdujo sitios quirales en el espacio entre capas, y ensambló las capas en una membrana de separación quiral eficiente y estable.
"La membrana exhibe una alta eficiencia de permeación selectiva entre varios enantiómeros, "dijo Wang Yang, un doctorado estudiante de la USTC y primer autor. "Puede separar eficientemente el R-limoneno y retener la mayor parte del L-limoneno. El rendimiento de la separación se puede mejorar aún más cuando se aplica una cierta presión".
Este trabajo demuestra el potencial de ajustar el entorno químico dentro del espacio entre capas a través de la interacción electrostática para fabricar membranas estables que cumplan la función de tamizado preciso a escala subnanométrica. Dichas membranas podrían aplicarse al procesamiento y desalinización de aguas residuales, entre otras cosas. En efecto, Liu Bo ve "amplias perspectivas de aplicación" para las membranas quirales que comprenden capas 2-D.
En la actualidad, los investigadores pueden fabricar membranas quirales a una escala de centímetros en el laboratorio. El equipo está aumentando el tamaño de la membrana en membranas a escala de metro, con el objetivo de separar moléculas de fármacos quirales para la industria farmacéutica.
