基于PVDF与EVOH聚合物的高性能手性混合基质离子交换膜：金鸡纳衍生二氧化硅颗粒对酸性外消旋体的高效分离

研究人员针对外消旋体分离的挑战，开发了基于PVDF和EVOH聚合物基质、负载金鸡纳修饰二氧化硅颗粒的手性混合基质离子交换膜。通过非溶剂诱导相分离（NIPS）和蒸汽诱导相分离（VIPS）技术制备的膜，在五级分离中实现≥98%对映体过量值（ee），通量达1513±255 mg/m2/h（PVDF）和1190±139 mg/m2/h（EVOH）。该研究为规模化连续手性分离提供了低成本、环保的解决方案。

　　

在制药和化学工业中，手性分子的分离一直是一项极具挑战性的任务。外消旋体中的对映异构体（enantiomers）虽然化学组成相同，但因其空间构型差异，往往表现出截然不同的生物活性和药理作用。据统计，目前市场上约50%的药物为手性分子，而其中许多仍以消旋体形式存在。这带来了严重的效率和安全问题——例如，沙利度胺（thalidomide）悲剧正是由于其中一种对映体具有致畸性。因此，开发高效、低成本的手性分离技术成为学术界和工业界的迫切需求。

传统的手性分离方法如液相色谱（HPLC）和模拟移动床色谱（SMB）虽然效果显著，但存在设备复杂、成本高昂、难以规模化等问题。膜分离技术因其连续操作、能耗低等优势被视为潜在替代方案，但现有手性膜普遍面临选择性（selectivity）与通量（flux）难以兼得的困境。针对这一难题，来自捷克的研究团队在《Journal of Membrane Science》发表了一项创新研究，他们将色谱领域成熟的金鸡纳生物碱（Cinchona alkaloids）手性选择剂与混合基质膜（Mixed Matrix Membranes, MMMs）技术相结合，开发出两种高性能手性离子交换膜。

研究团队选择聚偏二氟乙烯（PVDF）和乙烯-乙烯醇共聚物（EVOH）作为基质材料，前者以其优异的机械强度和化学稳定性著称，后者则凭借出色的成膜性和溶剂耐受性成为新选择。通过将5 μm粒径、经奎尼丁（quinidine）修饰的二氧化硅颗粒以1.2:1（PVDF）和1:1（EVOH）的高填充比分散于聚合物基质中，分别采用非溶剂诱导相分离（NIPS）和蒸汽诱导相分离（VIPS）结合溶剂挥发的工艺制备薄膜。这种设计巧妙利用了色谱填料已被验证的手性识别能力，同时通过聚合物基质实现规模化加工。

关键技术方法
研究以N-(3,5-二硝基苯甲酰)-亮氨酸（DNB-Leucine）为模型分子，评估膜性能。采用甲醇/乙酸/乙酸铵溶剂体系，在低离子强度下实现最优分离。通过周期性再生（methanolic ammonium acetate溶液）维持膜功能。对比浓度驱动与压力驱动分离模式，结合紫外检测和手性HPLC分析对映体过量值（ee）和回收率（recovery）。

膜制备与结构表征
EVOH基膜通过50%相对湿度下的VIPS-溶剂蒸发联用技术形成均匀结构，PVDF膜则通过NIPS获得更高孔隙率。扫描电镜显示两种膜均成功将二氧化硅颗粒均匀分散于聚合物网络中，且高填充比未导致明显缺陷。接触角测试证实EVOH膜具有更强亲水性，这与其溶剂传输特性相关。

分离性能评估
浓度驱动模式下，PVDF和EVOH膜分别在五级分离中达到≥98% ee，通量分别为1513±255 mg/m²/h和1190±139 mg/m²/h（1 mg/mL进料浓度），每级回收率约5%。压力驱动分离需约20级实现>90% ee，但单级回收率提升至49%。机理分析表明分离遵循延迟传输模型（retarded transport），优先吸附的对映体通过"跳跃"机制（hopping mechanism）在相邻手性位点间移动，而非选择性扩散被EVOH的屏障特性有效抑制。

结论与意义
该研究首次将色谱级手性离子交换填料大规模整合至聚合物膜中，创造出兼具高ee值（≥98%）与实用通量的分离系统。其创新性体现在三方面：一是采用工业化可行的VIPS/NIPS工艺实现高填料负载（1.2:1）；二是证明EVOH作为手性膜基质的潜力；三是通过再生循环设计解决长期稳定性问题。这种模块化策略可扩展至其他手性化合物分离，为制药工业提供了从实验室走向生产的桥梁。正如作者Michal Kohout等人强调，这项技术有望替代传统色谱成为半连续手性分离的新标准，尤其适用于酸性外消旋体的大规模纯化。