Un team guidato dal Dr. Sherif El-Safty, Laboratorio di ricerca sui materiali esplorativi per l'energia e l'ambiente, Istituto nazionale per la scienza dei materiali (NIMS; Giappone), fabbricato nanotubi di silice a gabbia stretta a mosaico (NT) all'interno di membrane di allumina anodica (AAM) come promettente nanofiltro candidato per la separazione ad esclusione dimensionale ad alta velocità (entro alcuni secondi) di macromolecole ad alta concentrazione.

Ad oggi, la separazione delle proteine ​​in gruppi e dimensioni relativamente omogenei è stata molto importante nei biofarmaci e nei medicinali. Dal punto di vista pratico, i requisiti per queste applicazioni includono un facile ridimensionamento, separazione veloce, idoneità per elevati volumi di produzione, e basso costo. tecnicamente, la progettazione di membrane filtranti estremamente robuste senza formazione di intercapedini d'aria tra i nanocanali della membrana è una sfida ancora da affrontare, poiché gli spazi tra i pori non solo riducono il potenziale dei sistemi di nanofiltrazione ad esclusione dimensionale, ma limitano anche la stabilità di conservazione a lungo termine delle NT, rendendo difficile lo stoccaggio anche per un mese.

Per il controllo pratico delle membrane di nanofiltri a mosaico, è stato adottato un approccio generale basato su strutture mesocagiche tridimensionali (3D) densamente ingegnerizzate all'interno di NT di silice. In questo disegno, il rivestimento superficiale multifunzionale dei canali dei pori dell'AAM ha facilitato la produzione di sequenze costruite estremamente robuste di membrane come "nanofiltri reali" senza "pori di distacco" (intercapedini d'aria) tra i nanotubi fabbricati all'interno dell'AAM. L'approccio utilizzato dal team NIMS è ideale per la costruzione di architetture tubolari all'interno di membrane con allineamento verticale, superfici aperte delle estremità superiore-inferiore, connettività multidirezionale (3D) dei pori, e stabilità, che sono promettenti per l'applicazione ai sistemi di nanofiltri.

La chiave di questo sviluppo è stata il fatto che il sistema di nanofiltri separa in modo efficiente macromolecole come proteine ​​di varie dimensioni su un ampio, gamma di concentrazioni regolabile. Sebbene i processi convenzionali richiedano fino a 12 ore o più, questa tecnica fornisce un processo di filtrazione rapido che raggiunge la filtrazione in pochi secondi, nonostante l'effetto bloccante delle proteine ​​durante il processo di filtrazione.

Le proprietà intrinseche del progetto NIMS (shelf-life o stabilità a lungo termine, efficienza di separazione, riutilizzabilità) sono importanti vantaggi rispetto alle tecniche convenzionali di nanofiltro proteico utilizzate fino ad oggi. Tali vantaggi saranno fondamentali per lo sviluppo di un approccio di fabbricazione con il potenziale per diventare il metodo ottimale per la progettazione di nanofiltri per la filtrazione e il trasporto molecolare di specie multiple.

I risultati di questa ricerca hanno dimostrato che l'approccio NIMS offre uno strumento alternativo efficiente in termini di tempo e costi agli attuali metodi di analisi delle macromolecole. Questo sviluppo offre anche nuove intuizioni sulla progettazione del controllo dei dispositivi nei campi dell'elettronica, sensori, e altre nanotecnologie.