Les sucres peuvent être d'excellents gardiens pour séparer les mélanges de molécules. Une équipe de KAUST a découvert un moyen de fabriquer une membrane sélectivement poreuse en liant un grand nombre de structures de sucre, connu sous le nom de cyclodextrines, pour former un film mince.

Jusqu'à maintenant, les membranes fabriquées à partir d'enchevêtrements désordonnés de polymères à longue chaîne ont été les "matériaux de cheval de bataille" de la séparation de petites molécules à l'échelle industrielle, dit Klaus-Viktor Peinemann, qui a dirigé l'équipe de KAUST. Les molécules traversent ces membranes en glissant à travers les espaces entre les chaînes polymères interconnectées. Mais, parce que les écarts varient en taille, les membranes ne sont pas parfaitement sélectives dans les molécules qu'elles permettent de traverser.

Les cyclodextrines sont des structures de sucre en forme d'entonnoir dans lesquelles la forme et la taille de la cavité contrôlent les molécules qui peuvent la traverser. Avec des pores de forme fixe, les cyclodextrines sont des briques de construction alternatives intéressantes pour les membranes sélectivement perméables, dit Luis Francisco Villalobos, premier auteur de l'article et doctorant au laboratoire de Peinemann. L'obstacle était que personne n'avait trouvé un moyen de connecter les cyclodextrines pour former une membrane.

L'équipe a utilisé une "très vieille stratégie" pour surmonter ce problème, selon Villalobos, adapter l'approche synthétique déjà utilisée par l'industrie pour fabriquer des membranes en polyamide pour les séparations par osmose inverse, comme le dessalement de l'eau. Par rapport aux blocs de construction utilisés pour fabriquer des membranes en polyamide, « les cyclodextrines sont plus volumineuses, moins réactif, moins soluble et ont tendance à s'agréger dans les solutions aqueuses, " ajoute Villalobos.

Pour les faire réagir, la clé était de trouver le bon pH.

Dans des conditions fortement alcalines, les cyclodextrines perdent un proton, formant une structure ionique avec une réactivité et une solubilité accrues. L'équipe a exploité cette découverte pour créer des films continus de cyclodextrines, qui s'est avérée avoir une excellente porosité. « Les membranes que nous avons préparées ont permis aux solvants de pénétrer plus de dix fois plus rapidement que les membranes équivalentes disponibles dans le commerce, " dit Villalobos.

"De plus, ils peuvent discriminer les molécules en fonction de leur forme grâce aux cavités des cyclodextrines, " ajoute Villalobos. Comme preuve de principe, l'équipe a séparé un mélange de deux molécules de taille similaire mais de forme différente.

Parce que les cyclodextrines sont un matériau bon marché et facilement disponible produit à partir d'amidon, ces membranes pourraient être un matériau très attractif pour séparer des mélanges de molécules à l'échelle industrielle, dit Peinemann.

"Mais ce n'est que la première étape - les cyclodextrines ne sont qu'un exemple de bloc de construction intrinsèquement poreux, " ajoute Villalobos. " Des stratégies similaires pourraient être suivies pour fabriquer des films en utilisant d'autres blocs de construction avec des tailles de cavité qui sont attrayantes pour des cibles ciblées, séparations pertinentes sur le plan industriel."