Las membranas inteligentes pueden ayudar a resolver los mayores desafíos del mundo, como el agua limpia
“La historia del desarrollo de membranas abarca más de 100 años y ha llevado a una revolución en los procesos de separación industrial”, dice el profesor Rahul Raveendran Nair, presidente de Carlsberg Research/Royal Academy of Engineering y líder del equipo de estudio. «En los últimos años, se han realizado esfuerzos para fabricar membranas que imitan las estructuras biológicas, en particular sus características ‘inteligentes'».
Los científicos dicen que han desarrollado membranas inteligentes que pueden cambiar sus propiedades en función del entorno y recuerdan lo permeables que eran antes, escribe el Instituto Nacional del Grafeno (NGI). en un comunicado de prensa. Esto significa que las membranas pueden adaptarse a diferentes condiciones en su entorno y, lo que es más importante, recordar su estado, una característica que puede aprovecharse en muchas aplicaciones diferentes.
Histéresis
Un fenómeno conocido como histéresis es la expresión más común de memoria o inteligencia en un material. Se refiere a la situación en la que las propiedades actuales de un sistema dependen y están relacionadas con su estado anterior. La histéresis se observa comúnmente en materiales magnéticos. Por ejemplo, un imán puede tener más de un momento magnético posible en cada campo magnético, según el campo al que haya estado sujeto en el pasado. Sin embargo, rara vez se observa histéresis en el transporte molecular a través de membranas artificiales.
“Encontrar soluciones simples y efectivas para el agua limpia es uno de nuestros mayores desafíos globales. Este estudio muestra que el conocimiento fundamental a nivel molecular y los materiales a nanoescala ofrecen un gran potencial para el desarrollo de membranas ‘inteligentes’ para la purificación del agua y otras aplicaciones”, dijo el profesor Angelos Michaelides, de la Universidad de Cambridge.
Imitando las membranas
En este trabajo, el equipo de Manchester, en colaboración con científicos de la Universidad de Cambridge, la Universidad de Xiamen, la Universidad Tecnológica de Dalian, la Universidad de York y la Universidad Nacional de Singapur, ha desarrollado membranas inteligentes basadas en MoS2 (un material bidimensional llamado disulfuro de molibdeno) que puede recordar cuán permeables eran antes. Los investigadores han demostrado que la forma en que los iones y el agua se infiltran en las membranas se puede regular controlando el pH externo.
Las membranas imitan la función de las membranas celulares biológicas y muestran un comportamiento histerético de transporte de iones y agua en respuesta al pH, lo que significa que recuerdan el pH al que fueron expuestas previamente. «Los efectos de memoria que observamos son exclusivos de estas membranas y nunca antes se habían observado en membranas inorgánicas», dijo el coautor principal. Dr. Amritroop Achari de la Universidad de Manchester.
Mejorar la detección de infecciones de heridas
Los investigadores demostraron que el efecto biomimético podría usarse para mejorar la detección autonómica de infección de heridas. Para ello, colocaron las membranas en exudado artificial de heridas, que simula el líquido producido por las heridas, y las sometieron a variaciones de pH. Las membranas solo permitían la permeación del exudado de la herida a niveles de pH correspondientes a una herida infectada, lo que les permitía usarse como sensores para la detección de infecciones. Los investigadores dicen que las nuevas membranas también se pueden usar en una serie de otras aplicaciones dependientes del pH, desde la nanofiltración hasta la imitación de la función de las células neuronales.
El coautor, el profesor Kostya Novoselov, dijo: “La particularidad de esta membrana es que su respuesta histérica al pH puede considerarse como una función de la memoria, lo que abre muchas vías interesantes para la creación de membranas inteligentes y otras estructuras. La investigación en esta dirección puede desempeñar un papel central en el diseño de las tecnologías inteligentes del mañana.
