KAUST研究人员已经定制了石墨烯 - 氧化物层的结构，以模仿生物通道的形状，创建超薄膜以快速分离化学混合物。这可能有助于激发新材料来清理化学和药物生产。

“在制造药品和其他化学品时，分离有机分子的混合物是一项必不可少的繁琐工作，”KAUST的SuzanaNuñes实验室的博士后研究员Shaofei Wang说。使这些化学分离更快更有效的一种选择是通过选择性渗透膜，其具有定制的纳米级通道，其按尺寸分离分子。

然而，这种膜通常受到“渗透 - 拒绝权衡”的挑战。这意味着窄通道可以有效地分离不同大小的分子，但它们也具有通过膜的不可接受的低流量溶剂，反之亦然 - 它们流动得足够快，但在分离时表现不佳。

团队向大自然寻求灵感来克服这种局限。水通道蛋白具有沙漏形通道：每端宽，疏水中间部分狭窄。该结构结合了高溶剂渗透性和高选择性。该团队创造了在合成膜中扩大和缩小的通道。

膜由氧化石墨烯薄片制成。将薄片组合成几层厚的氧化石墨烯片。有机溶剂分子小到足以穿过薄片之间的狭窄通道以穿过膜，但溶解在溶剂中的有机分子太大而不能采取相同的路径。因此可以将分子与溶剂分离。

为了在不影响选择性的情况下增加溶剂流量，该团队在石墨烯氧化物层之间引入了间隔物，以扩大通道的部分，模仿水通道蛋白结构。通过将硅基分子添加到通道中来形成间隔物，当用氢氧化钠处理时，所述通道在静脉内形成二氧化硅纳米颗粒。“亲水性纳米粒子局部加宽了层间通道，增强了溶剂渗透性，”Wang解释道。

当团队用有机染料溶液测试膜的性能时，他们发现它排斥了至少90％的染料分子超过1.5纳米的阈值。纳米颗粒的溶剂渗透性增强10倍，而不会影响选择性。该团队还发现，当石墨烯 - 氧化物片和纳米颗粒之间形成化学交联时，膜强度和寿命增强。

“下一步将纳米粒子石墨烯氧化物材料配制成适合工业应用的中空纤维膜，”该团队说。