Gli zuccheri possono essere ottimi custodi per la separazione di miscele di molecole. Un team KAUST ha scoperto un modo per creare una membrana selettivamente porosa collegando un gran numero di strutture di zucchero, note come ciclodestrine, per formare un film sottile.

Fino ad ora, membrane costituite da grovigli disordinati di polimeri a catena lunga sono stati i "materiali di lavoro" della separazione di piccole molecole su scala industriale, dice Klaus-Viktor Peinemann, che ha guidato la squadra di KAUST. Le molecole attraversano queste membrane scivolando attraverso gli spazi tra le catene polimeriche interconnesse. Ma, perché gli spazi sono di dimensioni variabili, le membrane non sono perfettamente selettive nelle molecole che lasciano attraversare.

Le ciclodestrine sono strutture zuccherine a forma di imbuto in cui la forma e le dimensioni della cavità controllano quali molecole possono attraversarla. Con pori di forma fissa, le ciclodestrine sono interessanti elementi costitutivi alternativi per membrane selettivamente permeabili, dice Luis Francisco Villalobos, primo autore dell'articolo e dottorando nel laboratorio di Peinemann. L'ostacolo era che nessuno aveva trovato un modo per collegare le ciclodestrine per formare una membrana.

Il team ha utilizzato una "strategia molto antica" per superare questo problema, secondo Villalobos, adattando l'approccio sintetico già utilizzato dall'industria per realizzare membrane in poliammide per separazioni ad osmosi inversa, come la desalinizzazione dell'acqua. Rispetto ai mattoni utilizzati per realizzare le membrane in poliammide, "le ciclodestrine sono più ingombranti, meno reattivo, meno solubili e tendono ad aggregarsi in soluzioni acquose, " aggiunge Villalobos.

Per farli reagire, la chiave era trovare il giusto pH.

In condizioni fortemente alcaline, le ciclodestrine perdono un protone, formando una struttura ionica con reattività e solubilità potenziate. Il team ha sfruttato questa scoperta per creare film continui di ciclodestrine, che ha dimostrato di possedere un'ottima porosità. "Le membrane che abbiamo preparato hanno permesso ai solventi di permeare più di dieci volte più velocemente delle membrane equivalenti disponibili in commercio, "dice Villalobo.

"Inoltre, possono discriminare le molecole in base alla loro forma grazie alle cavità delle ciclodestrine, " aggiunge Villalobo. Come prova di principio, il team ha separato una miscela di due molecole di dimensioni simili ma di forma diversa.

Poiché le ciclodestrine sono un materiale economico e facilmente disponibile prodotto dall'amido, queste membrane potrebbero essere un materiale molto attraente per separare miscele di molecole su scala industriale, dice Peinemann.

"Ma questo è solo il primo passo:le ciclodestrine sono solo un esempio di un elemento costitutivo intrinsecamente poroso, " Aggiunge Villalobos. "Strategie simili potrebbero essere seguite per fabbricare film utilizzando altri blocchi di costruzione con dimensioni della cavità che sono attraenti per il target, separazioni rilevanti a livello industriale”.