Исследователи из Бирмингемского университета возглавляют проект стоимостью 6,2 миллиона фунтов стерлингов (8,2 миллиона долларов США) по созданию белковых мембран, которые могли бы сделать экстракцию лития более селективной и потенциально менее энергоёмкой, обеспечивая получение литиевых соединений высокой чистоты, необходимых для производства аккумуляторов.

"Биология может создавать упорядоченные материалы с точностью, которую чрезвычайно трудно достичь, используя существующие методы производства. Мы стремимся использовать это для создания мембран с однородными, программируемыми порами", — сказал руководитель проекта доктор Доминик Кубицки из Университета Бирмингема.

Технология потенциально выйдет за рамки материалов для аккумуляторов и найдёт применение в восстановлении критически важных минералов, очистке воды, а также в химической и фармацевтической промышленности. Успех проекта будет зависеть от того, удастся ли перенести точность биологических структур в прочные мембраны, способные работать в промышленных масштабах.

Белковая инженерия

В консорциум, помимо Бирмингемского университета, входят Астонский университет и три промышленных партнёра; участники планируют использовать белки S-слоя, которые естественным образом образуют высокоупорядоченные двумерные решётки на поверхности многих микроорганизмов.

Учёные ставят задачу сконструировать из этих белков крупноформатные мембраны с порами одинакового размера, способные различать ионы лития и натрия, несмотря на их сходные химические свойства.

Проект входит в программу ARIA Universal Fabricators, цель которой — применять сконструированные белки в качестве программируемых строительных блоков для производства материалов с исключительным контролем над их формой и геометрией.

«Белки S-слоя представляют собой исключительную отправную точку для инженерии материалов, поскольку они могут спонтанно собираться в высокоупорядоченные структуры», — отметил соруководитель проекта профессор Тим Ноулз. «Объединив вычислительное проектирование, структурную биологию и экспериментальный скрининг, мы стремимся перепрограммировать эти природные строительные блоки для выполнения сложных технологических функций».

Промышленные партнёры будут участвовать в разработке: Джуд Уэллс из Fold9 возглавит создание белков под управлением искусственного интеллекта; британская компания Evove займётся производством, масштабированием и испытаниями мембран; Adaptyv Bio обеспечит возможности высокопроизводительного скрининга для оценки тысяч вариантов белков.

Наиболее перспективные кандидаты пройдут масштабирование и интеграцию в практические мембранные системы.

Задачи масштабирования

Исследовательская команда намерена сочетать вычислительный дизайн белков, структурную биологию и высокопроизводительный скрининг с мощностями по производству белка, изготовлению мембран и их испытаниям в реалистичных рабочих условиях.

«Ключевой задачей будет внедрение контроля на молекулярном уровне в мембраны, которые могут производиться и эксплуатироваться в полезных масштабах», — подчеркнул профессор Оуэн Томас из Бирмингемского университета. «Тесная интеграция биологического дизайна, характеристики материалов и химической инженерии даёт нам возможность решать эту проблему с самого начала».

Программа намерена объединить вычислительный дизайн, структурную биологию и экспериментальный скрининг с этапами производства и проверки мембран в приближённых к промышленным условиях.

Хотя подход пока остаётся на стадии исследований, консорциум рассчитывает создать производственную платформу, способную выпускать высокоселективные разделительные материалы для различных отраслей.

Для производителей лития решающим испытанием станет подтверждение работоспособности разработанных мембран за пределами лабораторий — при условии сохранения долговечности и возможности масштабирования, необходимых для коммерческого применения.