Ilustração da membrana quiral para permeação seletiva. Crédito:equipe da LIU Bo
O Prof. Liu Bo e colegas da Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC) desenvolveram uma membrana de separação quiral capaz de capturar moléculas quirais canhotas e liberar a contraparte destra usando materiais em camadas bidimensionais. A membrana quiral, mostrando uma eficiência de separação de até 89% em relação ao racemato de limoneno, deverá ser colocado na produção industrial. A pesquisa foi publicada em Nature Communications em 7 de junho.
No conto clássico chinês Jornada para o Oeste , ninguém poderia dizer a diferença entre o verdadeiro Rei Macaco e seu "gêmeo do mal" Six Ears, causando muita confusão. Somente o Buda poderia distinguir o verdadeiro Rei Macaco do falso, garantindo que o Rei Macaco pudesse continuar sua jornada.
Entre as biomoléculas, muitos são inseparáveis uns dos outros - assim como o Rei Macaco e as Seis Orelhas. Estes são os chamados isômeros quirais (enantiômeros), que têm fórmulas químicas idênticas, mas giram no espaço em direções opostas. Eles são imagens espelhadas um do outro e não são superponíveis.
Contudo, apesar de sua semelhança química, enantiômeros podem funcionar de maneira muito diferente. Por exemplo, levamlodipina pode tratar a hipertensão, enquanto a dextroanfetamina não tem esse efeito. No processo biofarmacêutico, isômeros quirais são frequentemente produzidos ao mesmo tempo, então a mistura deve ser separada. Contudo, As moléculas canhotas e destras são tão difíceis de identificar e separar quanto o Rei Macaco e as Seis Orelhas.
Sítios quirais (árvores) são inseridos entre duas camadas de nitreto de carbono na fase de grafite (camadas de nuvens). As 'árvores' podem pegar as moléculas da mão esquerda (Seis Orelhas) enquanto permitem que as da mão direita (Rei Macaco) sejam transportadas, resultando assim em alta eficiência de separação. Crédito:CUI Jie
As membranas de separação quirais são a solução mais impressionante. Contudo, membranas de polímero têm baixa eficiência de separação, e os compostos cristalinos não formam membranas com facilidade. Liu Bo e sua equipe de pesquisa, usando um material em camadas bidimensional (2-D), sintonizou sua distância intercamada e introduziu locais quirais no espaço intercamada, e montou as camadas em uma membrana de separação quiral eficiente e estável.
"A membrana exibe alta eficiência de permeação seletiva entre vários enantiômeros, "disse Wang Yang, um Ph.D. aluno da USTC e primeiro autor. "Ele pode separar com eficiência o R-limoneno e reter a maior parte do L-limoneno. O desempenho da separação pode ser melhorado ainda mais ao aplicar uma certa pressão."
Este trabalho demonstra o potencial de ajustar o ambiente químico dentro do espaço intercamadas via interação eletrostática, a fim de fabricar membranas estáveis que cumpram a função de peneiramento preciso em escala sub-nanométrica. Essas membranas podem ser aplicadas ao processamento e dessalinização de esgoto, entre outras coisas. De fato, Liu Bo vê "amplas perspectivas de aplicação" para membranas quirais compreendendo camadas 2-D.
Atualmente, os pesquisadores são capazes de fabricar membranas quirais em escala centimétrica no laboratório. A equipe está aumentando o tamanho da membrana em membranas em escala de metros, com o objetivo de separar moléculas quirais de fármacos para a indústria farmacêutica.
