(Nanowerk Haberleri) Londra Queen Mary Üniversitesi, Imperial College London (İngiltere), Evanston'daki Northwestern Üniversitesi (ABD) ve Bielefeld Üniversitesi'nden (D) bir ekip, hizalanmış supramoleküler makrosikl moleküllere sahip yeni bir tür polimer nanomembran üretti. Bu yeni nanomembranlar, kimya ve ilaç endüstrilerinde yaygın olarak kullanılan ayırma işlemlerinin verimliliğini artırmayı vaat eden özellikler sergiliyor. Geleneksel kimya ve ilaç endüstrileri, üretim sırasında toplam enerji tüketiminin %45-55'ini moleküler ayırmalarda kullanır. Bu süreçleri daha verimli, uygun maliyetli, çevre dostu ve dolayısıyla sürdürülebilir kılmak için bu süreçlerin kısmen veya tamamen yenilikçi ve çığır açan membran teknolojilerinden yararlanan yeni ayırma stratejileriyle değiştirilmesi gerekmektedir. Sonuçlarını dergide yayınlamak Tabiat (“Doğru moleküler eleme için ultra ince filmlerde hizalanmış makrosikl gözenekler”), ekip, hizalanmış supramoleküler makrosikllere sahip polimer nanomembranlarının, şu anda kimya ve ilaç endüstrilerinde kullanılan geleneksel polimer nanomembranları aşan üstün ve son derece seçici filtrasyon özellikleri sergilediğini gösteriyor. Geleneksel polimer nanomembranlar, hassas bir şekilde ayarlanması için kontrol edilebilir bir yöntemden yoksun olan geniş bir gözenek boyutu dağılımına sahiptir. Bu yeni polimer nanomembran türünde, moleküler olarak önceden tanımlanmış makrosikller, 0.2 nm kadar düşük boyut farkına sahip molekülleri ayıran oldukça etkili bir filtreleme ağ geçidi olarak nanometre altı gözenekler sağlayacak şekilde hizalanır. Araştırmacılar, bu küçük boşlukların düzenlenmesi, yönlendirilmesi ve hizalanmasının, çapraz bağlanma reaksiyonu sırasında yüksek derecede reaktif gruplara sahip üst kenarın tercihen dik baktığı, seçici olarak işlevselleştirilmiş makrosikl molekülleri tarafından gerçekleştirilebileceğini gösteriyor. Nanomembranlardaki makrosikllerin yönlendirilmiş mimarisi, geniş açılı X-ışını saçılımının (GI-WAXS) otlatılmasıyla doğrulanabilir. Bu, nanometre altı makrosikl gözeneklerinin ultra yüksek vakumda yüksek çözünürlüklü atomik kuvvet mikroskobu altında ilk kez görselleştirilmesine olanak tanır ve Angstrom hassasiyetiyle farklı siklodekstrin kimlikleri kullanarak farklı nano gözenek boyutlarından yararlanma konseptini kanıtlar. Konseptin işlevsel bir kanıtı olarak bu nanomembranlar, kannabidiol (CBD) yağını zenginleştirmek için yüksek değerli farmasötik ayırmalara uygulanır ve son teknoloji ürünü ticari membranlardan daha yüksek etanol geçirgenliği ve moleküler seçicilik sergiler. Bu yeni konsept, gözenekli malzemeleri zarlardaki nano gözeneklere yönlendirmek için doğru, hızlı ve enerji açısından verimli moleküler ayırmalar sağlayabilen uygulanabilir stratejiler sunar. Şu anda Exactmer Ltd Birleşik Krallık'ta EPSRC Gelecek Liderliği Üyesi olan Dr. Zhiwei Jiang şunları söyledi: "Depresyon, anksiyete ve kanser tedavisindeki büyük etkinlikleri nedeniyle CBD türevi farmasötiklere olan talep hızla arttı. CBD moleküllerini ekstraktlardan ayırmaya yönelik mevcut en gelişmiş teknikler pahalıdır ve enerji yoğundur. Membranlar uygun maliyetli ve enerji açısından verimli bir alternatif sunabilir ancak CBD ile ekstrakt solventinde çözünmüş benzer boyutlardaki diğer doğal bileşenler arasında doğru ayrımlar yapılmasını gerektirir. Bu nedenle membran gözenek boyutunun hassas kontrolü bu fırsat için kritik öneme sahiptir. Çalışmamızda, hizalanmış makrosikl membranların gözenek boyutu, Angstrom hassasiyetinde hassas bir şekilde ayarlanabiliyor; bu, ticari referans membranlara kıyasla bir kat daha yüksek solvent taşınmasına ve üç kat daha yüksek CBD zenginleşmesine olanak tanıyor. Bu, doğru moleküler seçicilik gerektiren yüksek değerli endüstrilerde membran uygulamasının büyük potansiyelini genişletiyor." “Bu çalışma ABD ve Almanya'daki işbirlikçilerimizin katkıları olmasaydı kesinlikle mümkün olamazdı. Makrosikllerin hizalanmasını (ABD'den GIWAXS tekniği) ve hizalanmış makrosikl gözeneklerinin görselleştirilmesini (Almanya'dan AFM tekniği) gösteren temel kanıtları sağladılar.
