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中國科大制出分離“神器” 可高效分辨“真假悟空”
2019-06-27 中國新聞網

  在兩層二維石墨相氮化碳(云層)之間插入合適的手性位點(樹),可以“抓住”右旋分子(六耳獼猴),讓左旋分子(孫悟空)通過,從而達到高效分離不同手性分子的效果。(圖:崔劼,中國科大提供)

  中國科學技術大學6月26日消息,該校劉波教授課題組開發制出一種分離“神器”——手性分離膜,可高效區分、分離“真假悟空”。

  這一成果近日發表在《自然·通訊》上。

  《西游記》中,六耳獼猴和孫悟空站在一起,上天入地都難以分辨,最后只有如來佛篩選出假悟空真六耳,才保證了西行的順利進行。

  在生物分子中,也存在許多孫悟空和六耳獼猴難分彼此的情況,這就是所謂不同手性的同分異構體(對映異構體)。兩個分子的化學式一模一樣,只是空間結構有差異,一種在空間上左旋,另一種是右旋的。兩者的關系像是左右手,看起來一樣,但卻不能重合。對映異構體的效用有巨大的差異,比如左旋氨氯地平能夠治療高血壓,而右旋氨氯地平卻沒有效用。

  在生物制藥過程中,經常會制備出手性同分異構體,但是我們所需要的卻只是其中一種手性分子,需要全部去除另外一種。左手性分子和右手性分子就像孫悟空和六耳獼猴一樣難以區分和分離,怎么辦呢?

  據介紹,手性分離膜是當前被寄予厚望的一種解決方案。目前可以有聚合物和晶體材料兩種方案,但是聚合物膜分離效率低,晶體材料又難以制備成膜。

  劉波教授課題組從二維層狀材料出發,通過調控層間距并在層空間中引入手性位點,開發出高度穩定的手性分離膜。可以“抓住”左旋手性分子,“放過”右旋手性分子,分離效率高達89%,這一成果有望產業化。

  論文的第一作者、博士生王洋介紹,“這種分離膜對不同的手性對映異構體表現出非常明顯的選擇性。它可以高效分離出右旋檸檬烯,截留了大部分左旋檸檬烯。如果進一步對整個體系施加一定壓力,還可以使分離效率在時效性上得到大幅改善。”

  劉波課題組提出一種依賴靜電作用,調控二維材料層間距及其化學環境的普適性策略,可以制備高度穩定的二維薄膜材料,實現亞納米尺度下對不同尺寸的物種進行精準篩分,從而在污水凈化、海水淡化等方面表現出應用潛力。

  “更重要的是,由于在層間成功引入手性位點,可以用來實現對映異構體的高效分離,從而賦予二維材料分離膜更為廣闊的應用前景。”劉波說。實驗室目前制備的手性分離膜是厘米級,團隊正積極將薄膜尺寸向米級推進,以應用于具有高醫藥附加值的手性藥物分子生產。

  相關論文信息:https://doi.org/10.1038/s41467-019-10381-z

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