Approaching Ideal Selectivity with Bioinspired and Biomimetic Membranes

膜 纳米技术 生物膜 仿生学 材料科学 生化工程 生物分子 化学 工程类 生物化学
作者
Hyeonji Oh,Laxmicharan Samineni,Ronald J. Vogler,Chenhao Yao,Harekrushna Behera,Raman Dhiman,Andreas Hörner,Manish Kumar
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:19 (1): 31-53 被引量:16
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c09699
摘要

The applications of polymeric membranes have grown rapidly compared to traditional separation technologies due to their energy efficiency and smaller footprint. However, their potential is not fully realized due, in part, to their heterogeneity, which results in a "permeability-selectivity" trade-off for most membrane applications. Inspired by the intricate architecture and excellent homogeneity of biological membranes, bioinspired and biomimetic membranes (BBMs) aim to emulate biological membranes for practical applications. This Review highlights the potential of BBMs to overcome the limitations of polymeric membranes by utilizing the "division of labor" between well-defined permeable pores and impermeable matrix molecules seen in biological membranes. We explore the exceptional performance of membranes in biological organisms, focusing on their two major components: membrane proteins (biological channels) and lipid matrix molecules. We then discuss how these natural materials can be replaced with artificial mimics for enhanced properties and how macro-scale BBMs are developed. We highlight key demonstrations in the field of BBMs that draw upon the factors responsible for transport through biological membranes. Additionally, current state-of-the-art methods for fabrication of BBMs are reviewed with potential challenges and prospects for future applications. Finally, we provide considerations for future research that could enable BBMs to progress toward scale-up and enhanced applicability.
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