伯明翰大学的研究人员正在牵头开展一个耗资620万英镑（820万美元）的项目，旨在开发基于蛋白质的膜，从而有可能使锂提取更具选择性，并可能降低能耗。
这项为期三年的计划由英国高级研究与发明署（ARIA）资助，初期将针对直接提锂（DLE）领域最艰巨的挑战之一：将锂与钠分离，以生产电池制造所需的高纯度锂化合物。
“生物学能够构建出有序材料，其精度是现有制造方法极难达到的。我们的目标是利用这一点来制造具有均匀、可编程孔隙的膜，”该项目负责人、伯明翰大学的Dominik Kubicki博士表示。
这项技术最终可能超越电池材料，扩展到关键矿物回收、水处理以及化工和制药制造领域。其成功将取决于研究人员能否将生物结构的精确性转化为能够在工业规模下运行的耐用膜。
蛋白质工程
该联盟包括阿斯顿大学（Aston University）和三家工业合作伙伴，计划利用S层蛋白，这种蛋白能在许多微生物表面自然组装成高度有序的二维晶格。
研究人员的目标是将这些蛋白质改造成大面积膜，膜内含有尺寸均一的孔道，从而能够在锂离子和钠离子化学性质相似的情况下仍将二者区分开来。
该项目是ARIA的通用制造者计划的一部分，该计划旨在利用工程化蛋白质作为可编程的构建模块，制造出对其几何形状具有卓越控制能力的材料。
“S层蛋白为材料工程提供了一个非凡的起点，因为它们能够自发组装成高度有序的结构，”项目共同负责人Tim Knowles教授表示。
“通过结合计算设计、结构生物学和实验筛选，我们旨在重新编程这些天然构建模块，以执行要求严苛的技术功能。”
工业合作伙伴将在整个开发过程中贡献专业知识。Fold9 的 Jude Wells 将领导 AI 引导的蛋白质设计，而总部位于英国的 Evove 将负责膜制造、放大和测试。Adaptyv Bio 将提供高通量筛选能力，以评估数千种蛋白质变体。
最有前景的候选方案将进行更大规模的生产，并整合到实际膜系统中。
规模化挑战
研究人员将把计算蛋白质设计、结构生物学和高通量筛选与蛋白质生产、膜生产以及在真实运行条件下的测试结合起来。
“一个关键挑战将是将分子层面的控制转化为能够以有用规模制造和运行的膜，”伯明翰大学的Owen Thomas教授说。“生物设计、材料表征和化学工程的紧密结合，使我们有机会从一开始就应对这一挑战。”
该计划将把计算蛋白质设计、结构生物学和实验筛选与膜生产及在实际运行条件下的测试结合起来。
尽管该方法仍处于研究阶段，但该联盟希望建立一个能够为多个行业生产高选择性分离材料的制造平台。
对锂生产商而言，关键考验在于这种工程化膜能否在实验室之外提供可靠的分离性能，同时保持商业应用所需的耐久性和可扩展性。