นำโดย Manish Kumar รองศาสตราจารย์ใน Cockrell School of Engineering ที่ University of Texas ที่ Austin ทีมวิจัยอธิบายถึงเยื่อหุ้มประสิทธิภาพสูงใหม่ของพวกเขาในวัสดุธรรมชาติฉบับล่าสุด
เยื่อหุ้มกรองใหม่ของทีมแสดงให้เห็นถึงความหนาแน่นของรูขุมขนที่สูงกว่าเยื่อหุ้มเชิงพาณิชย์และสามารถผลิตได้เร็วขึ้นสองชั่วโมงเมื่อเทียบกับกระบวนการหลายวันที่ใช้ในปัจจุบัน จนถึงขณะนี้การบูรณาการเยื่อหุ้มโปรตีนเข้ากับเทคโนโลยีปัจจุบันที่ใช้สำหรับการแยกทางอุตสาหกรรมได้รับความท้าทายเนื่องจากระยะเวลาที่จำเป็นในการสร้างเยื่อหุ้มเซลล์เหล่านี้และความหนาแน่นต่ำของโปรตีนในเยื่อหุ้มที่เกิดขึ้น
ความพยายามในการวิจัยที่ครอบคลุมและทำงานร่วมกันนี้ได้รวบรวมวิศวกรนักฟิสิกส์นักชีววิทยาและนักเคมีจาก UT Austin, Penn State University, University of Kentucky, University of Notre Dame และ บริษัท ประยุกต์ Biomimetic งานนี้นำเสนอการสังเคราะห์แบบ end-to-end ครั้งแรกของเยื่อหุ้มแยกโปรตีนที่แท้จริงที่มีรูขุมขนระหว่างครึ่งนาโนเมตรและขนาด 1.5 นาโนเมตร นาโนเมตรมีขนาดโมเลกุลน้ำเพียงไม่กี่เท่าและเล็กกว่าความกว้างของเส้นผมมนุษย์
เยื่อหุ้มเซลล์ที่สร้างขึ้นโดยทีมงานคือ biomimetic หมายถึงพวกเขาเลียนแบบระบบหรือองค์ประกอบของธรรมชาติและเลียนแบบสิ่งที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติในเยื่อหุ้มเซลล์สำหรับการขนส่งน้ำและสารอาหาร พวกเขาเพิ่งเผยแพร่กระดาษอีกฉบับหนึ่งที่เน้นแรงบันดาลใจสำหรับวิธีการของพวกเขา การบรรจุความหนาแน่นสูงของช่องทางโปรตีนเหล่านี้ลงในแผ่นโพลิเมอร์จะสร้างรูขุมขนโปรตีนภายในเมมเบรนคล้ายกับที่เห็นในเลนส์ตามนุษย์ แต่อยู่ในสภาพแวดล้อมของพอลิเมอร์ทางชีวภาพ
เมมเบรน biomimetic ที่แตกต่างกันสามแห่งถูกสร้างขึ้นโดยทีมและแสดงให้เห็นถึงการเลือกที่คมชัดและปรับแต่งได้โดยมีช่องทางโปรตีนเมมเบรนที่แตกต่างกันสามขนาด วิธีการที่อธิบายไว้สามารถปรับให้เข้ากับการแทรกช่องทางโปรตีนที่มีขนาดรูขุมขนหรือเคมีที่แตกต่างกันลงในเมทริกซ์พอลิเมอร์เพื่อดำเนินการแยกที่ออกแบบมาโดยเฉพาะ
“ ในอดีตความพยายามที่จะทำให้เยื่อหุ้มเซลล์ biomimetic ลดลงไกลจากสัญญาของวัสดุเหล่านี้แสดงให้เห็นถึงการปรับปรุงการผลิตเพียงสองถึงสามครั้ง” Yu-Ming Tu นักศึกษาปริญญาเอกด้านวิศวกรรมเคมีของ Austin Austin กล่าว "งานของเราแสดงให้เห็นถึงการปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตผ่านเยื่อหุ้มเชิงพาณิชย์ 20 ถึง 1,000 เท่าในเวลาเดียวกันเราสามารถแยกโมเลกุลขนาดเล็กที่คล้ายกันหรือดีกว่าเช่นน้ำตาลและกรดอะมิโนจากโมเลกุลขนาดใหญ่เช่นยาปฏิชีวนะโปรตีนและไวรัส . "
ผลผลิตที่สูงนี้เกิดขึ้นได้จากความหนาแน่นสูงของโปรตีนรูขุมขน โปรตีนประมาณ 45 ล้านล้านโปรตีนสามารถพอดีกับเมมเบรนได้หากมีขนาดเท่าไตรมาสสหรัฐ เยื่อหุ้มเซลล์ที่สร้างขึ้นนั้นมีขนาดใหญ่ขึ้น 10-20 เท่าในพื้นที่ ความหนาแน่นของรูขุมขนนี้สูงกว่าเยื่อหุ้มกรองทั่วไป 10 ถึง 100 เท่าที่มีรูขุมขนขนาดนาโนที่คล้ายกัน นอกจากนี้รูขุมขนทั้งหมดในเยื่อหุ้มเซลล์เหล่านี้มีขนาดและรูปร่างเท่ากันทำให้สามารถรักษาโมเลกุลที่มีขนาดที่ต้องการได้ดีขึ้น
“ นี่เป็นครั้งแรกที่สัญญาของเยื่อหุ้มเซลล์ biomimetic ที่เกี่ยวข้องกับโปรตีนเมมเบรนได้รับการแปลจากระดับโมเลกุลเป็นประสิทธิภาพสูงในระดับเมมเบรน” Kumar กล่าว "มานานแล้ววิศวกรและนักวิทยาศาสตร์ได้พยายามหาวิธีแก้ปัญหาเพียงเพื่อค้นหาว่าธรรมชาติได้ทำไปแล้วและทำได้ดีกว่าขั้นตอนต่อไปคือการดูว่าเราสามารถสร้างเยื่อหุ้มที่ใหญ่ขึ้นได้หรือไม่ บรรจุไว้ในแผ่นแบนและโมดูลประเภทวัณโรคเช่นเดียวกับที่ใช้ร่วมกันในอุตสาหกรรม "