事关手性！膜的应用

一、背景介绍

手性现象在自然界中无处不在，蛋白质、糖、核酸和其他构成生物体的物质分子都具有手性。外消旋溶液中的对映体具有相同的理化性质，但不同对映体的生物活性有显著差异。因此，实现手性物质的对映选择性分离在制药、农化和食品添加剂行业中是必不可少的。已经报道的手性分离方法包括化学、生物、晶体种子、机械、色谱和膜基分离。其中，膜基手性分离因其能耗低、稳定性好、连续操作、易于放大等优点，成为最有前景的对映体分离候选方法之一。

二、文献分析

1、超组装手性介孔结构异质膜用于智能灵敏耦合加速对映体分离

在可持续发展的背景下，手性，特别是手性药物已经引起了制药行业的极大兴趣，但对映体的智能和灵敏分离仍然是一个重大的科学挑战。Hang等将超分子包覆手性转录与界面超组装策略相结合，开发了一种新型的智能异结构手性膜装置。所得的不对称手性膜为离子和手性分子的持续选择性转运提供了可进入的途径。该手性膜采用叶酸(FA)作为手性模板，通过堆积和自组装，仅通过手性转录使膜具有对映选择性。值得注意的是，通过流动定向过滤制备超组装在多孔阳极氧化铝(AAO)载体上的手性层时，新实现的不对称杂化膜由于其新颖的不对称结构、孔隙率和丰富的手性表面，可以有效地、可持续地扩展其在一系列对映体拆分中的应用;同时，异质结构促进了膜的偶联加速对映体分离(CAE)机制，使膜具有较高的通量(如l -精氨酸为1.82 μM cm-2 h-1)和较高的分离因子(如L-精氨酸为7.52)，分离效率比手性转录本纳米粒子高170%。此外，异质结构手性膜表现出很强的阳离子选择性。这些结果为智能和灵敏的对映体分离多功能膜的探索开辟了新的途径。

论文链接：

https://doi.org/10.1021/jacs.2c04862

2、柱[6]芳烃功能化微通道膜的高手性选择性拆分

高通量微通道膜具有大规模分离的潜力。然而，它被较差的对映选择性所阻止。因此，开发高对映选择性的微通道膜对大规模手性分离具有重要意义。Feng等将手性金纳米粒子纳入微通道膜，以缩小大孔并提高对映选择性。金纳米粒子被L-苯丙氨酸衍生的柱芳烃功能化(L-Phe-P6@AuNPs)作为R苯基甘醇（R-PGC）在其对映体上的手性受体。这种手性金纳米粒子涂层微通道膜(L-Phe-P6@AuNPs微通道）显示R-PGC的选择性为5.40，通量为140.35 nmol·cm−2 h−1，提高了对映选择性，确保了其通量。L-Phe-P6@AuNPs微通道膜实现了PGC的对映体分离，最大ee%为93.5%，是L-Phe-P6微通道膜的20倍。与文献报道的纳米通道膜的对映选择性和通量相比L-Phe-P6@AuNPs微通道具有手性分离的对映选择性和通量优势。

论文链接：

https://doi.org/10.1021/acs.analchem.2c01054

3、利用手性选择性和耐有机溶剂薄膜复合膜分离外消旋混合物的对映体

膜基手性分离是一种高效分离手性分子的新方法。理想情况下，该膜应该能够获得良好的对映体选择性，同时在恶劣的溶剂中保持高稳定性。然而，在恶劣的有机溶剂环境中，用于手性分子分离的工程膜仍然是一个巨大的挑战。Ong等以(2-羟丙基)- β-环糊精(HP-β-CD)为手性选择剂，制备了一种新型薄膜复合纳滤膜，用于在有机溶剂中分离苯乙醇外消旋手性化合物的对映体。在非极性正己烷中，R-苯乙醇的对映选择性比S-苯乙醇的对映选择性高60 ~ 80%。结果表明，HP-β-CD对对映选择性起关键作用，不含HP-β-CD的膜没有手性选择性。

分子对接计算证实了实验结果，S-苯乙醇与HP-β-CD的平均自由结合能高于R-苯乙醇，说明S-苯乙醇与HP-β-CD的配合物具有更高的热力学稳定性和更强的相互作用。此外，HP-β-CD与聚酰胺层之间的交联网络使该膜在非极性溶剂中具有溶剂稳定性。此外，该膜具有良好的溶剂渗透性，分子量截止值约为650 g mol−1。

论文链接：

https://doi.org/10.1021/acsami.1c25175

4、柱状[5]芳烃功能化分子印迹膜手性选择分辨率的高度提高

在简单快速的条件下实现手性化合物的有效分离是一项具有挑战性的任务。为了解决这一问题，Wang等采用在生物半透膜基础上发展起来的分子印迹膜(MIM)技术，以S-三甲酰胺为模板分子，通过光引发聚合成功制备了MIMs。通过添加1,4-双烯丙氧基大环分子[5]芳烃作为功能单体，提高了目标分子手性识别位点的有效性，从而提高了MIM的手性选择性，优化了模板分子、单体和交联剂的摩尔比。在此基础上，考察了非MIM (NIM)、单单体MIM (mimi)和双单体MIM (mimi-ii)对三唑酮对映体的分离效果。发现mimi的对映体过量(即ee%)值大于NIM，但mimi的值仍然很低。第二单体加入大环分子柱[5]芳烃时，其ee%由27.4%增加到84.8%。该研究揭示了大环分子柱状芳烃作为功能单体在提高印迹材料选择性方面的潜力。

论文链接：

https://doi.org/10.1021/acsapm.2c01100

5、β-环糊精共价有机骨架修饰醋酸纤维素膜对映体拆分手性药物

膜基手性分离已引起广泛的研究关注。然而，传统的手性膜仍然是通透性和选择性之间不可逾越的平衡。手性共价有机框架(CCOFs)具有固有的高孔隙率和固有的手性，是非常有前途的解决方案。Luo等报道了用于手性药物对映体分离的新型CCOF膜。采用β-环糊精共价有机框架(β-CD COF)作为手性选择物，通过对醋酸纤维素底物进行物理和化学改性，制备了β-CD COF混合基质膜(β-CD COF MMM)和β-CD COF薄膜纳米复合膜(β-CD COF TFN)。特别是，β-CD COF TFN是首次报道的用于对映体分离的界面聚合COF膜，其性能优于β-CD COF MMM。采用β-CD COF TFN得到D,L-色氨酸(ee%=100%)、(RS)-扁桃酸(ee%= 58.1%)、D,L-苯丙氨酸(ee%=36.3%)和(RS)-普萘洛尔(ee%=18.0%)的最佳对映选择性和相当的溶质通量(flux =1.9 ~ 5.4 nmol⋅cm−2⋅h−1)。得益于β-CD COF优异的化学稳定性，该膜还具有良好的热稳定性、耐酸性和长期储存稳定性。此外，利用分子对接模拟研究了手性识别机理。制备出的对映体分离性能高、稳定性好的手性膜为制备手性膜提供了新的视角，具有工业应用潜力。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.seppur.2021.120336