Un gruppo multidisciplinare di ingegneri e scienziati ha scoperto un nuovo metodo per la filtrazione dell'acqua che potrebbe avere implicazioni per una varietà di tecnologie, come impianti di desalinizzazione, tessuti traspiranti e protettivi, e cattura del carbonio nelle separazioni di gas. Il gruppo di ricerca, guidato da Manish Kumar alla Cockrell School of Engineering dell'Università del Texas ad Austin, pubblicato i loro risultati nell'ultimo numero di Nanotecnologia della natura .

Lo studio, che ha riunito ricercatori di UT Austin, Penn State University, l'Università del Tennessee, Fudan University e l'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign, è stato inizialmente ispirato dal modo in cui le nostre cellule trasportano l'acqua in tutto il corpo ed è iniziato come un tentativo di sviluppare canali artificiali per trasportare l'acqua attraverso le membrane. Lo scopo era quello di imitare le acquaporine, proteine ​​di membrana essenziali che fungono da canali per l'acqua e si trovano in alcune cellule. Le acquaporine sono sistemi di filtrazione dell'acqua veloci ed efficienti. Formano pori nelle membrane delle cellule in varie parti del corpo:occhi, reni e polmoni, dove l'acqua è più richiesta.

Kumar e il team non sono riusciti a riprodurre il sistema di acquaporina esattamente come previsto. Anziché, hanno scoperto un processo di filtrazione dell'acqua ancora più efficace. A differenza delle singole cellule di acquaporina del corpo, che funzionano effettivamente indipendentemente l'uno dall'altro, le membrane sviluppate dal gruppo di ricerca di Kumar non hanno funzionato bene da sole.

Ma, quando ne combinò diversi per creare reti di "fili d'acqua, " erano molto efficaci nel trasporto e nella filtrazione dell'acqua. I fili dell'acqua sono catene densamente connesse di molecole d'acqua che si muovono eccezionalmente veloci, come un treno e le sue singole vetture.

"Stavamo cercando di copiare il già complicato processo di trasporto dell'acqua utilizzato dalle acquaporine e ci siamo imbattuti in un sistema completamente nuovo, e anche meglio, metodo, " disse Kumar, un professore associato nel Dipartimento di Civiltà della Cockrell School, Ingegneria architettonica e ambientale. "E 'stato completamente fortuito. Non avevamo idea che sarebbe successo."

Queste reti di membrane artificiali potrebbero rivelarsi utili per separare il sale dall'acqua, un processo di filtrazione attualmente inefficiente e costoso. La nuova membrana ha mostrato impressionanti proprietà di desalinizzazione, esibendo sale molto più selettiva e presumibilmente altri contaminanti rimozione rispetto ai processi esistenti.

"Il nostro metodo è mille volte più efficiente degli attuali processi di desalinizzazione in termini di selettività e permeabilità, " Kumar ha detto. "Per ogni 10, 000 molecole di acqua salata che passano attraverso gli attuali sistemi di desalinizzazione, una molecola di sale potrebbe non essere filtrata. Con la nostra nuova tecnologia a membrana, una molecola di sale ogni 10 milioni di molecole d'acqua non verrebbe filtrata, pur mantenendo una velocità di trasporto dell'acqua paragonabile o migliore delle attuali membrane."

Per tutta la sua carriera, Kumar si è concentrato sullo sviluppo di materiali e processi che prendono la funzionalità dei modelli molecolari biologici e li applicano a scale ingegneristiche.

"È difficile persino imitare efficacemente le complessità di come funziona il corpo umano, soprattutto a livello molecolare, " ha detto. "Questa volta, però, la natura è stata il punto di partenza per una scoperta ancora più grande di quanto avremmo mai potuto sperare."