In natura, l'interazione di molecole al confine di diversi liquidi può dare origine a nuove strutture. Queste molecole autoassemblanti rendono possibile la formazione delle cellule e sono strumentali allo sviluppo di tutta la vita sulla Terra.

Possono anche essere progettati per eseguire funzioni specifiche e ora, un team di ricercatori della Penn State ha sfruttato questa opportunità per sviluppare un materiale in grado di rimuovere gli inquinanti persistenti dall'acqua. I ricercatori hanno recentemente pubblicato i loro risultati in Materiali funzionali avanzati .

"Ci siamo ispirati ai sistemi biologici per vedere se possiamo far emergere fenomeni simili con molecole non biologiche, " ha detto Scott Medina, assistente professore di ingegneria biomedica e autore corrispondente sulla carta.

Per il loro esperimento, i ricercatori hanno scelto di incorporare fluoro, un elemento non comune in natura, in un amminoacido e mescolarlo con un olio fluorurato per guidarne l'organizzazione molecolare. Il team ha aggiunto l'olio fluorurato all'acqua, dove ha formato una perla composta dalla gocciolina di fluoro circondata da un rivestimento di amminoacidi. Quando i ricercatori hanno capovolto la fiala per esporre la perlina all'aria, i componenti del tallone riorganizzati per formare un film. Composto da un sottile strato di olio fluorurato circondato da due strati di strutture cristalline di aminoacidi microscopici, questo film potrebbe riorganizzarsi nel tallone quando agitato e portare con sé altre molecole fluorurate.

"I fluoro non giocano bene con gli altri, quindi se li metti insieme ci sono interazioni molto forti, "Medina ha detto. "I contaminanti fluorurati nell'acqua vogliono separarsi dall'acqua e trovare altra materia ricca di fluoro".

Questo fenomeno, e la capacità del composto di passare dallo stato di pellicola alla forma del cordone, ha suscitato l'interesse dei ricercatori per la possibile cattura di inquinanti. Le sostanze per- e polifluoroalchiliche (PFAS) sono sostanze chimiche artificiali contenenti fluoro tipicamente utilizzate nella produzione di prodotti idrorepellenti o repellenti al grasso. La loro struttura molecolare consente loro di accumularsi negli ambienti e nel corpo umano, in modo permanente.

"La natura non ha evoluto modi per abbattere in modo efficiente le molecole contenenti fluoro, quindi questi composti rimangono a lungo, "Medina ha detto. "Entrano nelle acque reflue e nel suolo, si fanno strada nell'acqua potabile e nel cibo, e li consumiamo e i nostri corpi non li degradano molto bene, o."

Per testare il potenziale del nuovo composto per la cattura di PFAS, i ricercatori hanno aggiunto acqua contaminata a un contenitore di plastica rivestito con il loro film di aminoacidi fluorurati. Il film ha catturato le sostanze PFAS entro due ore ed è stato in grado di trattenerle fino a 24 ore. Da questa fase, il film contenente PFAS potrebbe essere agitato per riformarsi in un cordone coesivo che potrebbe essere facilmente raccolto dall'acqua ora purificata.

I ricercatori hanno in programma di esplorare ulteriormente queste capacità di estrazione degli inquinanti, studiando non solo la purificazione dell'acqua, ma anche il potenziale per raccogliere composti dall'aria. Con ulteriori ricerche sulle sue applicazioni, il composto fluorurato potrebbe diventare uno strumento multiuso per la rimozione dei contaminanti da utilizzare in una varietà di ambienti.

"Ci sono molti sforzi per indagare sulla tossicologia dei PFAS e su come regolarli, " Medina ha detto. "Questo materiale potrebbe essere implementato per rimuovere PFAS dall'acqua potabile e pensiamo che potrebbe avere molta utilità anche in altre aree".