Un'immagine al microscopio della membrana dopo il filtraggio. Le particelle d'oro sono ben disperse. Credito:John Wiley e figli
(Phys.org)—Una membrana costituita da fibre polimeriche e proteine costituisce un nuovo filtro per piccoli, particelle nanometriche in soluzioni acquose. Il risultato di tale ricerca, che è stato fatto dal professor Mady Elbahri e dal suo team dell'Istituto di scienza dei materiali dell'Università di Kiel (KU) e dell'Istituto di ricerca sui polimeri di Helmholtz-Zentrum Geesthacht (HZG), è stato recentemente pubblicato come articolo di copertina nell'attuale numero di Materiali funzionali avanzati .
Un Nanofluido, il che significa una sospensione colloidale ad es. nanoparticelle metalliche in acqua, passa facilmente attraverso le membrane polimeriche macroporose comunemente usate. Le particelle sono troppo piccole per essere trattenute utilizzando diametri dei fori compresi tra tre e quattro micrometri. Inoltre, le particelle bloccherebbero rapidamente le aperture del setaccio più piccole. Quindi, pressione sarebbe necessaria per filtrare il fluido.
Il grafico mostra una membrana costituita da fibre polimeriche (rosse e nere) con proteine (blu) che hanno attivato la loro capacità di catturare tutte le nanoparticelle metalliche. Quando il Nanofluido con particelle metalliche (in alto) passa attraverso il setaccio, le proteine trattengono le particelle. Alla fine, c'è un liquido che è privo di particelle. Credito:John Wiley e figli
Per risolvere questi problemi, Elbahri e il suo team hanno biofunzionalizzato la loro membrana e aggiunto alle fibre una proteina disponibile in commercio. "Abbiamo scoperto che la proteina subisce un cambiamento conformazionale sott'acqua, e viene attivata la sua capacità di catturare tutte le nanoparticelle metalliche durante il processo di filtrazione", spiega Elbahri. "Questa è una svolta", aggiunge il co-autore Dr. Shahin Homaeigohar. "Lo stesso principio, si spera, ci consentirà, filtrare biomolecole e organismi dalle acque reflue."
Dalla Filtrazione al solare termico
Quando il nano setaccio cattura particelle metalliche come l'oro, un'altra applicazione è a portata di mano, perché, nessun altro metodo è riuscito a disperdere le particelle così bene. "Questo risultato è stato inaspettato", dice Elbahri. "In condizioni di asciutto, la membrana mostra il colore del metallo, in questo caso il rosso delle nanoparticelle d'oro". Quando la membrana si bagna, diventa nero. "Quindi, agisce come un perfetto assorbitore nero omnidirezionale, che può essere usato come assorbitore solare." Elbahri aggiunge:"In effetti colmiamo le lacune tra diverse discipline, chimica, fisica, bioscienze e scienze dei materiali cioè, e il gruppo Nanochimica e Nanoingegneria ha ora avviato il primo passo verso l'intradisciplinarietà delle nanoscienze".
Il Nanofluido con particelle d'oro (a sinistra) e la soluzione filtrata (a destra). Tutte le particelle metalliche vengono filtrate. Credito:CAU, Foto:Claudia Eulitz
Applicazione come virus e biofiltro
Il nano setaccio consentirà di filtrare particelle molto piccole o biomolecole e organismi come i virus fuori dall'acqua. Gli scienziati coinvolti hanno già brevettato la loro innovazione, un bio-nano-composito, in Europa. Un altro brevetto per gli USA è in arrivo. Oltre alla sua applicazione nella filtrazione dell'acqua, il nano setaccio mostra grandi potenzialità come assorbitore solare e come catalizzatore. "Tutto sommato, il risultato è una svolta verso la progettazione di un processo di filtrazione operativo, come un nuovo percorso per la fabbricazione di materiali funzionali, e offre efficienze commercialmente interessanti a basso costo", dice Elbahri.
