중합체에 포장 된 단백질 구멍은 초 고효율 여과막을 만듭니다

June 16, 2023

여러 분야의 엔지니어 및 과학자 팀은 물 정제에서 소분자 분리에 이르기까지 다양한 응용 분리를위한 새로운 종류의 여과막을 개발했습니다. 이는 산업 분리에서 에너지 소비, 운영 비용 및 생산 시간을 줄일 수 있습니다.

오스틴의 텍사스 대학교 (University of Texas)의 Cockrell School of Engineering 부교수 인 Manish Kumar가 이끄는 연구팀은 최근 자연 재료 문제에서 새로운 고성능 막을 설명합니다.
water filter

이 팀의 새로운 여과 막은 상업용 막의 밀도보다 높은 밀도의 기공을 보여 주며 현재 사용되는 일일 프로세스에 비해 2 시간 동안 훨씬 더 빨리 생성 될 수 있습니다. 지금까지, 단백질 기반 막을 산업 분리에 사용되는 현재 기술에 통합하는 것은 이들 막을 생성하는 데 필요한 시간과 그 결과 막에서 단백질의 낮은 밀도로 인해 어려운 일이었다.

이 포괄적이고 협력적인 연구 노력은 켄터키 대학교, 노트르담 대학교, 켄터키 대학교, 켄터키 대학교, 생체 모방을 적용한 엔지니어, 물리학 자, 생물 학자 및 화학자들을 모았습니다. 이 연구는 나노 미터 반과 1.5 나노 미터 사이의 기공을 갖는 진정한 단백질 기반 분리 막의 첫 번째 종단-엔드 합성을 제시한다. 나노 미터는 물 분자 크기의 몇 배이며 사람 모발의 너비보다 10 만 배 작습니다.

팀이 만든 막은 생체 모방으로, 자연의 시스템이나 요소를 모방하며, 물과 영양소를 운반하기 위해 세포막에서 자연적으로 발생하는 것을 모방합니다. 그들은 최근에 그들의 방법에 대한 영감을 강조하는 또 다른 논문을 출판했습니다. 이들 단백질 채널의 고밀도 포장은 중합체 시트로의 고밀도 포장은 인간 안구 렌즈에서 볼 수있는 것과 유사하지만 비 생물학적 중합체 환경 내에서 유사한 막 내의 단백질 기공을 형성한다.

3 개의 상이한 생체 모방 막을 팀에 의해 제조하고 3 개의 다른 기공 크기의 막 단백질 채널로 날카 롭고 독특하며 조정 가능한 선택성을 보여 주었다. 기술 된 방법은 상이한 기공 크기 또는 화학 물질의 단백질 채널의 삽입과 중합체 매트릭스에 적응하여 구체적으로 설계된 분리를 수행 할 수있다.

UT Austin 화학 공학 박사 과정 학생이자 프로젝트를 이끄는 UT Austin 화학 공학 박사 과정 인 Yu-Ming Tu는“과거에는 생체 모방 막을 이들 재료의 약속에 훨씬 부족하여 생산성이 2 ~ 3 배만 개선되었다”고 말했다. "우리의 연구는 상업용 막에 비해 생산성이 20 ~ 1,000 배 향상되는 것을 보여줍니다. 동시에, 우리는 항생제, 단백질 및 바이러스와 같은 더 큰 분자와 같은 설탕 및 아미노산과 같은 소분자의 유사하거나 더 나은 분리를 달성 할 수 있습니다. . "

이 높은 생산성은 매우 높은 밀도의 기공 단백질에 의해 가능해졌습니다. 약 45 조 단백질은 미국 분기의 크기라면 막에 맞을 수 있습니다. 생성 된 막은 영역에서 10-20 배 더 컸습니다. 이 기공 밀도는 유사한 나노 크기 구멍을 갖는 기존의 여과막보다 10 내지 100 배 높다. 또한,이 막의 모든 기공은 정확히 같은 크기와 모양으로, 원하는 크기의 분자를 더 잘 유지할 수 있습니다.

Kumar는“막 단백질을 포함하는 생체 모방 막의 약속이 막 스케일에서 분자 규모에서 고성능으로 번역 된 것은 이번이 처음이다. "오랫동안 엔지니어와 과학자들은 자연이 이미 그것을 수행하고 더 잘 수행 한 문제에 대한 해결책을 찾으려고 노력해 왔습니다. 다음 단계는 더 큰 막을 조작하고 그들이 될 수 있는지 테스트 할 수 있는지 확인하는 것입니다. 평평한 시트 및 업계에서 공통적 인 모듈과 같은 평평한 시트 및 나선형 유형 모듈로 포장되었습니다. "

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