Un equipo multidisciplinario de ingenieros y científicos ha desarrollado una nueva clase de membranas de filtración para una variedad de aplicaciones, desde purificación de agua hasta separaciones de moléculas pequeñas y procesos de eliminación de contaminantes, que son más rápidos de producir y de mayor rendimiento que la tecnología actual.podría reducir el consumo de energía, los costos operativos y el tiempo de producción en separaciones industriales.
Dirigido por Manish Kumar, profesor asociado en la Escuela de Ingeniería Cockrell de la Universidad de Texas en Austin, el equipo de investigación describe sus nuevas membranas de alto rendimiento en un número reciente de Materiales de la naturaleza .
Las nuevas membranas de filtración del equipo demuestran una mayor densidad de poros que la de las membranas comerciales y se pueden producir mucho más rápido, en dos horas, en comparación con el proceso de varios días que se usa actualmente. Hasta ahora, la integración de membranas basadas en proteínas en la tecnología actual utilizadapara las separaciones industriales ha sido un desafío debido a la cantidad de tiempo necesario para crear estas membranas y la baja densidad de proteínas en las membranas resultantes.
Este esfuerzo de investigación integral y colaborativo reunió a ingenieros, físicos, biólogos y químicos de UT Austin, Penn State University, University of Kentucky, University of Notre Dame y la compañía Applied Biomimetic. El trabajo presenta la primera síntesis de principio a finde una verdadera membrana de separación basada en proteínas con poros de tamaño entre medio nanómetro y 1,5 nanómetros. Un nanómetro es solo unas pocas veces el tamaño de una molécula de agua y cien mil veces más pequeño que el ancho de un cabello humano.
Las membranas creadas por el equipo son biomiméticas, lo que significa que imitan sistemas o elementos de la naturaleza e imitan las que ocurren naturalmente en las membranas celulares para transportar agua y nutrientes. Recientemente publicaron otro artículo que destaca la inspiración para su método. Alta densidadel empaquetamiento de estos canales de proteínas en láminas de polímero forma poros de proteínas dentro de la membrana, similares a los que se ven en las lentes del ojo humano, pero dentro de un entorno de polímero no biológico.
El equipo fabricó tres membranas biomiméticas diferentes y demostró una selectividad nítida, única y sintonizable con tres tamaños de poros diferentes de canales de proteínas de membrana. Los métodos descritos pueden adaptarse con la inserción de canales de proteínas de diferentes tamaños de poros o químicas en el polímeromatrices para realizar separaciones específicamente diseñadas.
"En el pasado, los intentos de fabricar membranas biomiméticas no cumplían con la promesa de estos materiales, demostrando una mejora de la productividad de solo dos o tres veces", dijo Yu-Ming Tu, estudiante de doctorado de ingeniería química de UT Austin y líder en"Nuestro trabajo muestra una sorprendente mejora de 20 a 1,000 veces en la productividad sobre las membranas comerciales. Al mismo tiempo, podemos lograr una separación similar o mejor de moléculas pequeñas, como azúcares y aminoácidos, de moléculas más grandes, como antibióticos, proteínasy virus "
Esta alta productividad fue posible gracias a la muy alta densidad de proteínas de poro. Aproximadamente 45 billones de proteínas pueden caber en la membrana, si fuera del tamaño de un cuarto de dólar estadounidense; las membranas creadas tenían un área 10-20 veces más grande.la densidad de poros es de 10 a 100 veces mayor que las membranas de filtración convencionales con poros similares de tamaño nano. Además, todos los poros en estas membranas son exactamente del mismo tamaño y forma, lo que les permite retener mejor las moléculas de los tamaños deseados.
"Esta es la primera vez que la promesa de las membranas biomiméticas que involucran proteínas de membrana se ha traducido de la escala molecular a un alto rendimiento a escala de membrana", dijo Kumar. "Durante tanto tiempo, los ingenieros y científicos han estado tratando de encontrar solucionesa los problemas solo para descubrir que la naturaleza ya lo ha hecho y lo ha hecho mejor. Los siguientes pasos son ver si podemos fabricar membranas aún más grandes y probar si se pueden empaquetar en módulos de tipo de hoja plana y enrollados en espiral como loscomún en la industria "
La investigación fue financiada por la National Science Foundation.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Texas en Austin . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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