Membrane che modificano la dimensione dei pori in risposta a stimoli esterni, come il pH, calore e luce, sono destinati a trasformare la scienza e la tecnologia della separazione. Tali membrane intelligenti sviluppate dai ricercatori KAUST mostrano una dimensione dei pori regolabile, il che significa che possono separare selettivamente i composti in base alla loro dimensione quando esposti a diverse lunghezze d'onda della luce.

Le reti organiche covalenti (CON) sono emerse di recente come potenziali alternative prive di metalli ai materiali convenzionali a membrana, come strutture metallo-organiche e zeolitiche. Questi nanomateriali porosi cristallini leggeri, che derivano da blocchi molecolari organici tenuti insieme da forti legami covalenti, sono stabili in solventi acquosi e organici. Presentano inoltre una topologia e una dimensione dei pori ben definite, che li rende attraenti per applicazioni in molti campi, compreso l'assorbimento e la separazione del gas, stoccaggio e conversione dell'energia, optoelettronica, rilevamento chimico e somministrazione di farmaci. Però, queste caratteristiche strutturali non possono essere alterate, che limita l'applicabilità delle membrane.

Un team KAUST ha ora generato una membrana sensibile alla luce incorporando unità di azobenzene commutabili alla luce in un CON. Queste unità a commutazione della luce adottano due diverse configurazioni a seconda della lunghezza d'onda dell'irradiazione:una geometria translineare quando esposta alla luce UV e una geometria acisbet quando esposta alla luce visibile. Questo approccio è stato "ispirato dalle membrane cellulari con canali sensibili agli stimoli per la permeabilità e la selettività autoregolanti in risposta ai segnali ambientali, "dice il postdoc Jiangtao Liu, che ha condotto lo studio sotto la guida di Suzana Nuñes.

I ricercatori hanno utilizzato derivati ​​dell'azobenzene recanti un gruppo reattivo a ciascuna estremità come linker per collegare grandi molecole cicliche flessibili, chiamati cicli, e formare una rete continua. Hanno sciolto i derivati ​​dell'azobenzene in una miscela di diclorometano-esano e ciclone in acqua e hanno permesso a questi precursori di reagire all'interfaccia acquosa-organica per produrre una membrana indipendente. La membrana mostrava una "struttura unica simile a un origami che può essere piegata e spiegata sotto i raggi UV e la luce visibile, " dice Liù.

Controllando la trasformazione da trans a cis dell'azobenzene mediante la luce, il team ha manipolato in remoto la dimensione dei pori della membrana a livello molecolare e, di conseguenza, sintonizzato dinamicamente la permeabilità e la selettività della membrana verso varie molecole di solventi e coloranti. Liu spiega che l'esposizione alla luce UV "chiude" i cancelli e riduce la dimensione dei pori, che può aumentare la selettività della membrana. Al contrario, la dimensione iniziale dei pori corrispondente allo stato "aperto" può essere recuperata utilizzando la luce visibile.

Il team prevede di espandere il proprio lavoro progettando nuove membrane intelligenti per il DNA, Riconoscimento di RNA o virus mediante interazioni ospite-ospite uniche.