Una membrana autorigenerante che funge da filtro inverso, bloccando le particelle piccole e lasciando passare quelle grandi, è il lavoro "direttamente dalla fantascienza" di un team di ingegneri meccanici della Penn State.

"Filtri convenzionali, come quelli usati per fare il caffè, consentire il passaggio di piccoli oggetti mantenendo contenuti gli oggetti più grandi, " disse Birgitt Boschitsch, studente laureato in ingegneria meccanica.

Lei e il gruppo di ricerca, però, sviluppato l'esatto contrario, un materiale liquido stabilizzato che scherma gli oggetti più piccoli consentendo il passaggio di quelli più grandi. La ricerca è stata pubblicata oggi (24 agosto) online in Progressi scientifici .

Il team ha sperimentato i liquidi per le loro proprietà uniche.

"Se metti il ​​dito in un bicchiere d'acqua e lo tiri fuori, la superficie dell'acqua si autoguarisce, " ha spiegato Tak-Sing Wong, il Wormley Family Early Career Professor e assistente professore di ingegneria meccanica e biomedica.

Questa membrana di nuova concezione fa lo stesso, ma a differenza dei filtri convenzionali, questo non separa gli oggetti per dimensione. Anziché, risponde alla cinetica di un oggetto, o movimento, energia.

"Tipicamente, un oggetto più piccolo è associato a una minore energia cinetica a causa della sua massa più piccola, " disse Wong. "Allora, l'oggetto più grande con una maggiore energia cinetica passerà attraverso la membrana, mentre l'oggetto più piccolo con energia cinetica inferiore verrà mantenuto."

Inoltre, la membrana avvolge l'oggetto mentre lo attraversa, permettendo alla membrana di autoguarirsi completamente sopra l'oggetto che la attraversa.

Nella sua forma più semplice, la membrana può essere creata con acqua e una sostanza che stabilizza l'interfaccia tra liquido e aria, e ha una struttura simile a quella di una membrana cellulare biologica. Per creare il prototipo iniziale, il team ha utilizzato un semplice film di sapone. I componenti potrebbero quindi essere modificati e ottimizzati per servire scopi unici, come una maggiore robustezza meccanica, proprietà antibatteriche, o neutralizzazione degli odori.

"Potresti aggiungere componenti che prolungano la durata della membrana o componenti che le consentono di bloccare determinati gas, "Spiega Boschitsch. "Ci sono infiniti potenziali additivi tra cui scegliere per adattare una membrana all'applicazione di interesse".

Guardando avanti, i ricercatori immaginano un numero qualsiasi di creatività, applicazioni reali per la membrana. Se i medici devono eseguire un intervento chirurgico a cielo aperto senza una sala operatoria pulita, una situazione potenziale in aree remote o su campi di battaglia militari, questo materiale potrebbe agire come un film chirurgico per aiutare a replicare l'ambiente pulito necessario per operare in sicurezza.

Non solo la membrana potrebbe fungere da barriera per le particelle, ma le proprietà di autoguarigione consentirebbero anche a dispositivi medici come strumenti chirurgici di passare mentre i contaminanti rimangono fuori.

"Il filtro a membrana potrebbe potenzialmente prevenire i germi, polvere o allergeni dal raggiungere una ferita aperta, pur consentendo al medico di eseguire un intervento chirurgico in sicurezza, " Ha detto Wong. "Questa membrana potrebbe renderlo possibile".

La ricerca può anche avere un impatto sulle regioni in via di sviluppo dove ci sono problemi igienico-sanitari.

"Un miliardo di persone nel mondo defeca ancora apertamente per molte ragioni, uno è che le latrine hanno un cattivo odore, " spiegò Boschitsch. "Ma se questo potesse essere applicato a quei gabinetti, potrebbe consentire ai rifiuti solidi di passare attraverso la membrana, mentre i gas che causano odori rimarranno intrappolati."

È il potenziale di impatto nel mondo reale che ispira il team.

"Sono sempre stato interessato allo sviluppo di tecnologie che possano aiutare direttamente le persone, " Boschitsch ha detto. "Fare qualcosa che possa affrontare una sfida che l'umanità deve affrontare, in un paese in via di sviluppo, ad esempio, è qualcosa che trovo significativo."

Guardando al futuro, il team prevede di sviluppare ulteriormente la membrana con funzioni avanzate, e collaborare con altri ricercatori per testare e adattare questa membrana per applicazioni pratiche. "Il cielo è davvero il limite, "Ha detto Wong.