L'accesso all'acqua potabile è considerata una delle principali sfide del 21° secolo, e gli scienziati hanno appena aperto la strada a nuovi processi di filtrazione. Ispirato dalle proteine ​​cellulari, hanno sviluppato membrane con canali artificiali asimmetrici all'interno, da cui hanno potuto osservare l'acqua "chirale"1. La chiralità è una proprietà che favorisce il flusso dei materiali indispensabili alla filtrazione. Questo lavoro, condotto da ricercatori del CNRS dell'Institut Européen des Membranes (CNRS/ENSCM/Université de Montpellier) e del Laboratoire CNRS de Biochimie Théorique, in collaborazione con scienziati statunitensi, è stato pubblicato in Progressi scientifici il 23 marzo, 2018.

Dal desiderio di sviluppare tecnologie innovative per la filtrazione e la purificazione dell'acqua, i ricercatori hanno sviluppato membrane con canali artificiali ispirati alle proteine ​​che formano i pori delle membrane biologiche:le acquaporine. Utilizzando una tecnica spettroscopica innovativa, hanno potuto constatare che, nello spazio molto ristretto di questi canali, le molecole d'acqua si organizzano in maniera molto regolare, in una struttura a filo molecolare orientato:l'acqua è diventata "chirale".

Identificando l'acqua chirale nei canali artificiali in queste membrane lipidiche, in condizioni fisiologiche simili ai pori naturali, è stato un tour de force. Questa disposizione molto regolare delle molecole era già stata osservata in strutture solide di composti naturali o artificiali, ma è difficile da osservare in soluzione, dove le molecole d'acqua sono molto mobili.

Questa disposizione "a filo" delle molecole d'acqua è spiegata dalla polarità della molecola d'acqua coniugata con l'asimmetria dei canali. Acqua, tramite legami a idrogeno, interagisce con le pareti dei canali artificiali. Nelle sovrastrutture risultanti, le molecole che formano i canali trasmettono il loro carattere chirale ai fili d'acqua, e dare alle molecole d'acqua una direzione preferita. Ciò ha portato all'ipotesi dei ricercatori:questo orientamento collettivo delle molecole d'acqua svolge probabilmente un ruolo importante nell'attivazione o nella selezione del trasporto attraverso la membrana.

E senza dubbio, esperimenti di laboratorio, supportato da calcoli di dinamica molecolare, ha confermato che queste disposizioni chirali presentano proprietà di trasferimento maggiori rispetto ai loro equivalenti non chirali, dove l'acqua presenta una disposizione molecolare casuale. In altre parole, la chiralità dell'acqua provoca una maggiore mobilità nei nanocanali, potenziamento dei trasporti di materiale, con un ridotto apporto di energia esterna.

Questa scoperta apre un vasto campo di applicazione per la filtrazione e la depurazione dell'acqua. Attualmente, i ricercatori stanno sviluppando membrane ad osmosi inversa, comunemente usato per desalinizzare l'acqua di mare. Hanno già ottenuto risultati promettenti in termini di migliore permeabilità e selettività della membrana, che sono entrambi criteri indispensabili per la filtrazione.