Uma equipe da Queen Mary University of London, Imperial College London (U.K.), Northwestern University em Evanston (U.S.) e Bielefeld University (D) produziram uma nova geração de nanomembranas poliméricas com moléculas de macrociclo supramoleculares alinhadas. Essas novas nanomembranas demonstram propriedades que prometem melhorar a eficiência dos processos de separação amplamente utilizados nas indústrias química e farmacêutica.
As indústrias químicas e farmacêuticas convencionais usam de 45 a 55% de seu consumo total de energia durante a produção em separações moleculares. Para tornar esses processos mais eficientes, econômicos, ecologicamente corretos e, portanto, sustentáveis, esses processos precisam ser parcial ou totalmente substituídos por novas estratégias de separação que fazem uso de tecnologias de membrana inovadoras e inovadoras.

Publicando seus resultados na revista Nature , a equipe mostra que suas nanomembranas de polímero com macrociclos supramoleculares alinhados exibem propriedades de filtragem excelentes e extremamente seletivas que excedem as nanomembranas de polímero convencionais atualmente usadas nas indústrias química e farmacêutica. As nanomembranas de polímeros convencionais têm uma ampla distribuição do tamanho dos poros que carece de uma maneira controlável de ser ajustada com precisão.

Nesta nova geração de nanomembranas poliméricas, os macrociclos molecularmente predefinidos são alinhados para fornecer poros subnanômetros como um gateway de filtragem altamente eficaz que separa moléculas com uma diferença de tamanho tão baixa quanto 0,2 nm. Os pesquisadores mostram que o arranjo, orientação e alinhamento dessas pequenas cavidades podem ser realizados por moléculas de macrociclo seletivamente funcionalizadas, nas quais a borda superior com grupos altamente reativos fica preferencialmente voltada para cima durante a reação de reticulação. A arquitetura orientada de macrociclos em nanomembranas pode ser verificada por espalhamento de raios-X de grande angular (GI-WAXS). Isso nos permite, pela primeira vez, visualizar os poros do macrociclo subnanométricos sob microscopia de força atômica de alta resolução em ultra-alto vácuo, comprovando o conceito de explorar diferentes tamanhos de nanoporos usando diferentes identidades de ciclodextrina com precisão de Angstrom.

Como prova de conceito funcional, essas nanomembranas são aplicadas a separações farmacêuticas de alto valor para enriquecimento de óleo de canabidiol (CBD), exibindo maior permeabilidade ao etanol e seletividade molecular do que as membranas comerciais de última geração. Este novo conceito oferece estratégias viáveis ​​para orientar materiais porosos em nanoporos em membranas que podem fornecer separações moleculares precisas, rápidas e energeticamente eficientes.

Dr. Zhiwei Jiang, agora um EPSRC Future Leadership Fellow na Exactmer Ltd U.K., disse:"A demanda por produtos farmacêuticos derivados de CBD cresceu rapidamente, devido à sua grande eficácia no tratamento de depressão, ansiedade e câncer. técnicas de arte para separar moléculas de CBD de extratos são caras e consomem muita energia. As membranas podem oferecer uma alternativa econômica e eficiente em termos energéticos, mas requerem separações precisas entre CBD e outros componentes naturais de dimensões semelhantes dissolvidos no solvente do extrato. Portanto, controle preciso do tamanho dos poros da membrana é fundamental para esta oportunidade.

"Em nosso trabalho, o tamanho dos poros das membranas de macrociclo alinhadas pode ser ajustado com precisão com a precisão de Angstrom, o que permitiu um transporte de solvente uma ordem de magnitude maior e um enriquecimento de CBD três vezes maior do que as membranas de referência comerciais. Isso amplia o grande potencial de aplicação membranas em indústrias de alto valor que exigem seletividade molecular precisa."

"Este trabalho definitivamente não teria sido possível sem as contribuições de nossos colaboradores nos EUA e na Alemanha. Eles forneceram as principais evidências mostrando o alinhamento dos macrociclos (técnica GIWAXS dos EUA) e visualização dos poros alinhados do macrociclo (técnica AFM da Alemanha ). Seus resultados são importantes para verificar o design molecular e oferecer entendimentos fundamentais dessas membranas, e buscaremos mais oportunidades de colaboração no futuro." + Explorar mais

Queima de membranas para peneiramento molecular