Il prof. Liu Bo e i colleghi dell'Università della scienza e della tecnologia della Cina (USTC) hanno sviluppato una membrana di separazione chirale in grado di catturare molecole chirali levogire e rilasciare la controparte destrorsa utilizzando materiali stratificati bidimensionali. La membrana chirale, mostrando un'efficienza di separazione fino all'89% nei confronti del limonene racemato, dovrebbe essere messo in produzione industriale. La ricerca è stata pubblicata su Comunicazioni sulla natura il 7 giugno.

Nel classico racconto cinese Viaggio verso ovest , nessuno poteva dire la differenza tra il vero Re Scimmia e il suo "gemello malvagio" Sei Orecchie, creando così molta confusione. Solo il Buddha poteva distinguere il vero Re Scimmia dal falso, assicurandosi che il Re Scimmia potesse continuare il suo viaggio.

Tra le biomolecole, molti sono inseparabili l'uno dall'altro, proprio come il Re Scimmia e Sei Orecchie. Questi sono i cosiddetti isomeri chirali (enantiomeri), che hanno formule chimiche identiche ma ruotano nello spazio in direzioni opposte. Sono immagini speculari l'una dell'altra e non sono sovrapponibili.

Però, nonostante la loro somiglianza chimica, gli enantiomeri possono funzionare in modo molto diverso. Per esempio, la levamlodipina può trattare la pressione alta mentre la destroanfetamina non ha tale effetto. Nel processo biofarmaceutico, isomeri chirali sono spesso prodotti contemporaneamente, quindi la miscela deve essere separata. Però, le molecole mancine e destrorse sono difficili da identificare e separare come il Re Scimmia e le Sei Orecchie.

Le membrane di separazione chirale sono la soluzione più impressionante. Però, le membrane polimeriche hanno una bassa efficienza di separazione, e i composti cristallini non formano facilmente membrane. Liu Bo e il suo gruppo di ricerca, utilizzando un materiale stratificato bidimensionale (2-D), sintonizzato la sua distanza interstrato e introdotto siti chirali nello spazio intercalare, e assemblato gli strati in una membrana di separazione chirale efficiente e stabile.

"La membrana mostra un'elevata efficienza di permeazione selettiva tra i vari enantiomeri, " ha detto Wang Yang, un dottorato di ricerca studente all'USTC e il primo autore. "Può separare in modo efficiente l'R-limonene e trattenere la maggior parte dell'L-limonene. Le prestazioni di separazione possono essere ulteriormente migliorate quando si applica una certa pressione".

Questo lavoro dimostra il potenziale di sintonizzare l'ambiente chimico all'interno dello spazio interstrato tramite interazione elettrostatica al fine di fabbricare membrane stabili che svolgono la funzione di setacciatura precisa su scala sub-nanometrica. Tali membrane potrebbero essere applicate al trattamento delle acque reflue e alla desalinizzazione, tra l'altro. Infatti, Liu Bo vede "ampie prospettive di applicazione" per le membrane chirali che comprendono strati 2-D.

Attualmente, i ricercatori sono in grado di fabbricare membrane chirali su scala centimetrica in laboratorio. Il team sta aumentando la dimensione della membrana in membrane su scala metrica, con l'obiettivo di separare molecole di farmaci chirali per l'industria farmaceutica.