自密封、原子薄的透析膜：蛋白质将泄漏转化为过滤优势

范德比尔特大学领导的一个研究小组在使用石墨烯等原子薄材料开发先进透析膜方面取得了重大突破。这些被称为纳米多孔原子薄膜（NATM）的创新膜利用蛋白质驱动的密封机制来解决透析技术中的一个关键挑战，即保持高效过滤小分子，同时最大限度地减少蛋白质损失

这项研究发表在《纳米快报》杂志上

透析膜必须平衡两个关键功能：允许小分子通过以去除，同时防止重要蛋白质的泄漏。该团队的方法利用石墨烯的独特特性——其极薄和可定制的纳米孔——实现了精确快速的过滤。然而，即使是一个大孔也会导致过度泄漏，损害膜的性能

为了解决这个问题，研究人员开发了一种将蛋白质泄漏转化为优势的新方法。当蛋白质通过较大的孔逃逸时，它们会与石墨烯膜另一侧的分子发生反应。这种反应会触发一个密封过程，选择性地关闭较大的孔隙，同时保留较小的孔隙

这种自密封能力确保了精确的尺寸选择性过滤，并提高了膜的整体效率

“密封不一致孔径并根据尺寸选择性过滤分子的能力代表了透析膜的一种新范式，”化学和生物分子工程研究助理教授、该研究的第一作者Peifu Cheng说

“蛋白质和生物分子具有天然的灵活性，使它们在通过纳米孔时能够轻微变形，”程解释道。“我们的方法建立在这一特性之上，大大超越了当前的透析技术和商用膜。”领导该项目的化学和生物分子工程助理教授Piran Kidambi强调了这项工作的开创性。“我们的研究将蛋白质作为纳米级工具，用于设计原子薄膜中的孔径，克服了当前透析系统中的关键挑战。”据我们所知，这是这种方法的首次演示，它为利用包括DNA和RNA在内的各种生物分子进行精确的膜制造打开了大门。“

该团队在厘米级石墨烯膜上展示了这种蛋白质支持的尺寸选择性缺陷密封（PDS）方法。这些缺陷密封的NATM在长达35天的时间里保持稳定，并且始终优于最先进的商业透析膜