New Nanofilter separa le molecole delle stesse dimensioni con proprietà chimiche diverse

Published on January 13, 2011 at 1:09 AM

Separare le molecole è una parte importante di molti processi di produzione e collaudo, compresa la produzione farmaceutica e alcuni test biomedici.

Un modo per realizzare tale separazione è quello di utilizzare nanofiltri - materiali con fori di diametro controllato con precisione infinitesimale, per consentire alle molecole fino a che la dimensione di passare attraverso il blocco, mentre quelli che sono più grandi. Ma un nuovo sistema messo a punto dai ricercatori del MIT potrebbe aggiungere una funzionalità nuova e importante: un modo per filtrare selettivamente le molecole delle stesse dimensioni che hanno proprietà chimiche diverse.

Karen Gleason in possesso di un filtro in grado di rimuovere selettivamente molecole delle stesse dimensioni che hanno proprietà chimiche diverse.

Karen Gleason, un professore del MIT di ingegneria chimica e decano associato di ingegneria per la ricerca, e colleghi postdoctoral Ayse Asatekin descritto il processo in un articolo pubblicato questo mese sulla rivista Nano Letters.

Si tratta di "un modo radicalmente diverso" di molecole di separazione, Gleason dice. "La gente di solito pensa di dimensioni come il fattore determinante", ma facendo i pori del filtro abbastanza piccolo in modo che vi è una significativa interazione chimica tra le pareti dei pori e le molecole che li attraversano, diventa possibile discriminare in base alle altre caratteristiche, spiega. In questo caso, la selezione si è basata su affinità delle molecole 'per l'acqua. Perché le pareti dei pori sono stati idrofobo (repellente dell'acqua), le molecole idrofobiche altri erano più facilmente attratti dalla pori e spinto attraverso di loro che sono stati altri, meno molecole idrofobiche.

Negli organismi viventi, le pareti cellulari di routine eseguire questo tipo di separazione chimica, lasciando che alcuni specifici tipi di molecole - per esempio, le sostanze nutrienti, enzimi e molecole di segnalazione - passare liberamente attraverso i pori in una membrana cellulare, bloccando tutti gli altri. Ma questa è la prima volta, Asatekin dice, che tale separazione chimica è stata dimostrata in una membrana sintetica.

Molte molecole biologiche che sono simili in dimensioni ma hanno funzioni molto diverse o proprietà, per cui la capacità di separare in modo efficiente potrebbe essere importante. In questa prima proof-of-concept dimostrativo, le molecole sono state selezionate due coloranti, scelti per le loro dimensioni simili e la facilità di rilevamento. Utilizzando una membrana in policarbonato (un tipo di plastica) trattati con un vapore depositato un altro strato di polimero, i ricercatori sono stati in grado di separare le due tinte in modo molto efficace, con più di 200 volte di più di un tipo passando per rispetto agli altri. Il processo di rivestimento che non utilizzate aggiunge solo la possibilità di discriminare tra le molecole in base alla loro affinità diverse per l'acqua, ma per il rivestimento interno delle tube-like pori del materiale che fornisce anche un modo di creare pori estremamente piccoli di dimensioni uniformi - molto inferiore possono essere prodotti con metodi convenzionali.

Joerg Lahann, professore associato di ingegneria chimica presso l'Università del Michigan, che non è stato coinvolto in questo lavoro, dice che la capacità del team per la produzione di piccole, pori uniformi inferiori a 10 nanometri (miliardesimi di metro) di diametro è di per sé un risultato significativo che risolve un problema importante nella tecnologia nanoseparation esistenti.

Per provare come funziona il sistema, il team provato a fare due diversi tipi di pori - alcuni che sono stati i tubi delle stesse dimensioni, altri che avevano un collo di bottiglia stretta in un punto e poi allargato fuori. I cilindri uniformi erano molto più efficace, a dimostrazione che il fattore chiave è l'interazione delle molecole con la parete del poro tutta la sua lunghezza, che in questo caso era di circa 4.000 volte la larghezza.

Nella produzione farmaceutica, molti processi coinvolgono reazioni chimiche in cui entrambi i reagenti e le sostanze chimiche prodotte sono molto simili di dimensioni molecolari, in modo da essere in grado di separare i due in modo efficiente potrebbe essere un significativo passo avanti nel permettere grandi velocità di elaborazione, invece di piccoli lotti produzione, come avviene attualmente, Asatekin dice.

Oltre a possibili applicazioni nella produzione di farmaci, quali le membrane potrebbero essere importanti per la rilevazione di molecole biologicamente significative. Per esempio, l'esercito statunitense, che ha finanziato questa ricerca, attraverso l'Istituto per le Nanotecnologie Soldier, è interessata a loro possibile utilizzo in rivelatori che possono identificare un marker chimici che il corpo produce quando una risposta infiammatoria è innescato, che potrebbe essere un modo per rivelare rapidamente che il corpo era stato esposto ad una tossina, anche senza sapere quello che la tossina è stato.

Come passo successivo, Asatekin e Gleason intenzione di provare la tecnica di biomolecole separati che sono di importanza reale per i processi biologici, per dimostrare che funziona per i materiali che sarebbero di interesse per le applicazioni reali.

Professor Mathias Ulbricht, cattedra di chimica tecnica presso l'Università di Duisburg-Essen in Germania, la chiama una "dimostrazione potente sperimentale" di una nuova tecnica che dice una grande promessa per le applicazioni pratiche.

"Questo studio apre una nuova strada per davvero 'su misura' membrane nanoporose con selettività diverse da quelle di membrane tradizionali", dice. "Il lavoro più sperimentale verso la preparazione di membrane con struttura varia e altri esperimenti di separazione sono da fare. Tuttavia, sono ottimista che le prospettive promettenti può essere dimostrato praticamente in questi studi di follow-up. "

Fonte: http://web.mit.edu/

Last Update: 6. October 2011 20:05

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