یک تیم تحقیقات بین‌المللی از دانشگاه کوئین مری لندن، امپریال کالج لندن (بریتانیا)، دانشگاه نورث وسترن در اوانستون (آمریکا) و دانشگاه بیله‌فلد (آلمان) نسل جدیدی از نانوغشاهای پلیمری را با مولکول‌های ماکروسیکل فوق مولکولی هم‌تراز ساخته‌اند. این نانوغشاهای جدید خواص جالب توجهی از خود نشان می‌دهند که نویدبخش بهبود کارایی فرآیندهای جداسازی است که به طور گسترده در صنایع شیمیایی و دارویی استفاده می‌شود.
حوزه «جداسازی مواد دارویی و شیمیایی» یک گام بلند رو به جلو بر می‌دارد
صنایع شیمیایی و دارویی معمولا ۴۵ تا ۵۵ درصد از کل انرژی مصرفی خود را در حین تولید در جداسازی‌های مولکولی مصرف می‌کنند. برای اینکه این فرآیندها کارآمدتر، مقرون‌به‌صرفه‌تر، سازگار با محیط‌زیست و در نتیجه پایدار شوند، باید به طور جزئی یا کامل با راهبردهای جداسازی جدید که از فناوری‌های غشایی نوآورانه و پیشگام استفاده می‌کنند، جایگزین شوند.
این تیم با انتشار نتایج خود در مجله Nature، نشان داد که نانوغشاهای پلیمری آن‌ها با ماکروسیکل‌های فوق مولکولی هم‌تراز، خواص فیلتراسیون فوق العاده و بسیار انتخابی از خود نشان می‌دهند که از نانوغشاهای پلیمری معمولی که در حال حاضر در صنایع شیمیایی و دارویی استفاده می‌شود، فراتر می‌رود. نانوغشاهای پلیمری معمولی دارای توزیع وسیعی از اندازه منافذ هستند که فاقد قابلیت کنترل برای تنظیم دقیق ابعاد هستند.
در این نسل جدید از نانوغشاهای پلیمری، ماکروسیکل‌های از پیش تعریف‌شده مولکولی، برای ایجاد منافذ کمتر از یک نانومتر به‌عنوان دروازه فیلتراسیون بسیار مؤثری که مولکول‌ها را با اختلاف اندازه‌ای به اندازه ۰.۲ نانومتر از هم جدا می‌کند، تراز می‌شوند. محققان نشان می‌دهند که آرایش، جهت‌گیری و هم‌ترازی این حفره‌های کوچک را می‌توان با مولکول‌های ماکروسیکل فعال‌شده انتخابی، تحقق بخشید. معماری جهت‌یافته ماکروسیکل‌ها در نانوغشاها را می‌توان با پراکندگی پرتو ایکس با زاویه دید وسیع (GI-WAXS) تأیید کرد. این فناوری به ما اجازه می‌دهد تا برای اولین بار منافذ ماکروسیکل زیر نانومتری را با میکروسکوپ نیروی اتمی با وضوح بالا در خلاء بسیار بالا تجسم کنیم و مفهوم بهره‌برداری از اندازه‌های مختلف نانوحفره با استفاده از هویت‌های مختلف سیکلودکسترین را با دقت آنگستروم اثبات کرد.
به عنوان اثبات عملکردی مفهوم، این نانوغشاها برای جداسازی دارویی با ارزش بالا برای غنی‌سازی روغن کانابیدیول (CBD) به کار می‌روند که نفوذ اتانول و گزینش‌پذیری مولکولی بالاتری را نسبت به غشاهای تجاری پیشرفته نشان می‌دهند. این مفهوم جدید، راهبردهای عملی برای جهت‌دهی مواد متخلخل و نانوحفره‌ها را در غشاها ارائه می‌کند که می‌تواند امکان جداسازی مولکولی دقیق، سریع و کم‌مصرف را فراهم کند.
دکتر ژیوی جیانگ، از شرکت اگزکتمر (Exactmer Ltd.)، گفت: «تقاضا برای داروهای مشتق از CBD به دلیل اثربخشی زیاد آن‌ها در درمان افسردگی، اضطراب و سرطان، به سرعت رشد کرده است. روش‌های فعلی برای جداسازی مولکول‌های CBD از عصاره‌ها گران و انرژی‌بر هستند. غشاها می‌توانند یک جایگزین مقرون به‌صرفه و کم مصرف ارائه دهند، اما نیاز به جداسازی دقیق بین CBD و سایر اجزای طبیعی با ابعاد مشابه حل شده در حلال دارند. بنابراین، کنترل دقیق اندازه منافذ غشا حیاتی است.
در این پروژه اندازه منافذ غشاهای ماکروسیکل تراز شده را می‌توان دقیقاً با دقت آنگستروم تنظیم کرد، که انتقال حلال را یک مرتبه بالاتر و غنی‌سازی سه برابر بیشتر از CBD را نسبت به غشاهای تجاری امکان‌پذیر کرد. این غشاها در صنایع با ارزش بالا که نیاز به انتخاب مولکولی دقیق دارند، اهمیت راهبردی دارند.
