AI視頻 | “智能”分離膜，讓“雙胞胎”分子不再難分

▲科研人員開發出新型“智能”分離膜（視頻由AI生成）

在現實生活中，人的左右手沒法完全重合。在化學世界里，這種“手性”現象也隨處可見。很多藥物分子就像人的左右手和“雙胞胎”，長相幾乎一樣，但“性格”迥異：一個能治病，另一個卻可能是無效甚至有害。如何在工業生產中高效精準區分，把“好的”留下，把“壞的”剔除，一直是制藥行業的一大難題。

近日，中國科學院近代物理研究所等開發了一種新型“智能”分離膜，如同給傳統的過濾膜裝上了一個“分子導航系統”，能夠以超過99%的效率，精準識別并分離“雙胞胎”氨基酸，單位時間內的分離量也超越了目前大多數同類技術。

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給膜裝上“導航”

分離這些分子級別的“雙胞胎”，膜分離技術是常用方法。如何讓膜在“篩得準”（選擇性高）的同時還能“篩得多”（通量高），一直是科研人員努力的方向。

對此，團隊提出了一種新思路——給膜裝上“導航”。首先，需要選好“地基”，團隊先用一種叫核孔膜的特殊材料做載體。核孔膜經過重離子輻照和化學蝕刻“精雕”，上面布滿了尺寸精確可控、排列整齊的納米級小孔。這一步就像在一片空地上先建好了排排標準化的“納米房屋”，房間的大小、位置都是提前設計好的，為后續的“精裝修”打下了堅實基礎。

隨后，在電壓的精準驅動下，團隊將兩種“裝修材料”引入“納米房屋”：一種是牛血清白蛋白（具有手性識別能力的蛋白質），另一種是氫鍵有機框架（一種堅固的多孔材料）。這兩種材料在孔道里自組裝，形成了一層連續均勻的、具有手性識別能力的“智能涂層”。

這樣一來，這座“智能納米小屋”既有氫鍵有機框架提供的堅固結構，保證了膜的穩定性；又“繼承”了牛血清白蛋白的“慧眼”，能夠準確分辨具有“手性”的L型和D型氨基酸分子。

▲手性雜化框架膜的制備及氨基酸對映體的分離示意圖

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精準識別“雙胞胎”

在實驗中，新型膜對組氨酸“雙胞胎”表現出出色的分辨力。

L型組氨酸與膜上的“智能涂層”結合緊密，像被好多只“手”輕輕抓住，因此L型組氨酸通過得慢；而D型組氨酸與涂層的結合較弱，更容易“滑”過去。正是這種結合力的差異，實現了二者的高效分離。

團隊將混合了L型和D型組氨酸的溶液作為進料液，經手性膜分離24小時后，滲透液中僅檢出D型組氨酸，L型組氨酸幾乎完全被“扣留”，分離效率超過99%，且D型組氨酸的透過速率是L型的3.6倍。

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“抗造”又“多才”

穩定性是技術從實驗室走向應用的關鍵。

實驗證明，這種膜連續工作120小時后，性能保持穩定；在不同酸堿度的水里浸泡一整天，結構也完好無損，展現出良好的耐用性。

更難得的是，它還是個“多面手”。除了組氨酸，它對色氨酸、精氨酸等多種氨基酸“雙胞胎”也都有識別能力，應用前景廣闊。

從“左右為難”到“精準識別”，科學家們用智慧之手，編織出了更精密的“智能篩子”。

這項技術未來有望在手性藥物、農藥等復雜分子的分離純化中發揮作用，為制藥工業和生物傳感領域提供新的思路。

來源：中國科學院近代物理研究所

責任編輯：宋同舟