Le membrane cellulari sono un esempio ideale di un sistema multifunzionale, sintonizzabile, preciso ed efficiente.

Gli sforzi per imitare queste meraviglie biologiche non hanno sempre avuto successo. Però, Gli scienziati del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) hanno creato membrane a base di polimeri con pori di nanotubi di carbonio da 1,5 nanometri che imitano l'architettura delle membrane cellulari. La ricerca compare sulla copertina della rivista Materiale avanzato .

I nanotubi di carbonio hanno proprietà di trasporto uniche che possono avvantaggiare diverse industrie moderne, processi ambientali e biomedici, dal trattamento dell'acqua su larga scala e la desalinizzazione dell'acqua alla dialisi renale, filtrazione sterile e produzione farmaceutica.

Prendendo ispirazione dalla biologia, i ricercatori hanno cercato membrane sintetiche robuste e scalabili che incorporano o emulano intrinsecamente unità di trasporto biologico funzionale. Recenti studi hanno dimostrato il successo dell'incorporazione del doppio strato lipidico di nanopori a base di peptidi, Gabbie di membrana 3D e nanopori di origami di DNA grandi e persino complessi.

Però, Gli scienziati LLNL sono andati oltre e hanno combinato robuste membrane sintetiche in copolimero a blocchi con un'altra tecnologia sviluppata da LLNL:nanopori di membrana artificiali basati su porine di nanotubi di carbonio (CNTP), che sono brevi segmenti di nanotubi di carbonio a parete singola che formano pori su scala nanometrica con pareti idrofobiche atomicamente lisce che possono trasportare protoni, acqua e macromolecole, compreso il DNA.

"I CNTP sono unici tra i nanopori biomimetici perché i nanotubi di carbonio sono robusti e altamente resistenti agli agenti chimici, che li rendono adatti all'uso in una più ampia gamma di processi di separazione, compresi quelli che richiedono ambienti difficili, " ha detto Alex Noy, uno scienziato dei materiali LLNL e autore senior della carta.

Il team ha integrato i canali CNTP nelle membrane polimeriche, imitando la struttura, architettura e funzionalità di base delle membrane biologiche in un'architettura completamente sintetica. Le misurazioni del trasporto di protoni e acqua hanno mostrato che le porine dei nanotubi di carbonio mantengono la loro elevata permeabilità nell'ambiente della membrana polimerica. Gli scienziati hanno dimostrato che i CNTP incorporati nei polimerisomi (una classe di vescicole artificiali, minuscole sfere cave che racchiudono una soluzione) possono funzionare come condotti molecolari che trasportano reagenti a piccole molecole tra i compartimenti vescicolari.

"Questo sviluppo apre nuove opportunità per la consegna di reagenti molecolari a compartimenti vescicolari per avviare reazioni chimiche confinate e imitare i sofisticati comportamenti mediati dal trasporto dei sistemi biologici, " ha detto Jeremy Sanborn, un Lawrence Scholar al LLNL e il primo autore della carta.