Trasporto ultraveloce rettificante controdirezionale di cationi. Credito:Professor Huanting Wang, Dipartimento di Ingegneria Chimica e Biologica, Monash Center for Membrane Innovation, Monash University
I ricercatori della Monash University hanno sviluppato un nanodispositivo più veloce ed efficiente per filtrare protoni e ioni di metalli alcalini che aiuterà a progettare membrane di prossima generazione per la tecnologia, la conversione e lo stoccaggio dell'energia pulita.
Il nuovo nanodispositivo funziona con precisione su scala atomica, generando al contempo la propria energia attraverso l'elettrodialisi inversa.
Nell'articolo pubblicato sulla rivista Science Advances , un team di ricercatori guidato dal professore universitario australiano Huanting Wang della Monash University ha scoperto che un dispositivo nanofluidico polimerico con struttura in metallo-organico (MIL-53-COOH) imita le funzioni sia dei canali biologici del potassio che rettificano verso l'interno che di quelli che rettificano verso l'esterno canali protonici.
"Ha importanti implicazioni nel mondo reale, in particolare per la progettazione di membrane di nuova generazione per la tecnologia dell'energia pulita, la conversione e lo stoccaggio dell'energia, l'estrazione e la produzione sostenibili, con applicazioni specifiche nel recupero di acidi e minerali", afferma il professor Wang, che ha guidato il progetto con ricercatore Dr. Jun Lu del Dipartimento di Ingegneria Chimica e Biologica della Monash University.
I canali del potassio sono il tipo più diffuso di canali ionici e si trovano praticamente in tutti gli organismi viventi. Il trasporto direzionale ultraveloce di ioni con precisione su scala atomica è una delle funzioni principali dei canali ionici biologici nelle membrane cellulari.
Questi canali ionici biologici mantengono in modo cooperativo l'equilibrio elettrolitico e pH attraverso le membrane cellulari, che sono essenziali per le attività fisiologiche delle cellule.
Ad esempio, è riconosciuto che il disturbo della concentrazione di elettroliti nelle cellule, in particolare per gli ioni caricati positivamente come potassio, sodio e protone, ha un legame diretto con alcune malattie come l'epilessia.
Ispirati da queste funzioni, i dispositivi artificiali a nanocanali costruiti con materiali porosi sono stati ampiamente studiati per l'indagine sperimentale del trasporto di ioni nanofluidici per ottenere le proprietà di trasporto specifiche degli ioni osservate nei canali ionici biologici.
Ad esempio, nanotubi di carbonio, grafene, polimeri e strutture metallo-organiche (MOF) sono stati utilizzati per costruire pori di dimensioni nanometriche per imitare il trasporto ionico e molecolare su scala atomica dei canali ionici biologici.
Tuttavia, la scoperta del trasporto controdirezionale rettificante ultraveloce bioispirato di protoni e ioni metallici non è stata segnalata fino ad ora.
"Il comportamento di trasporto rettificante specifico per ioni senza precedenti trovato nel nostro dispositivo nanofluidico di polimero metal-organic framework (MIL-53-COOH) è attribuito a due meccanismi distinti per ioni metallici e protoni, spiegati da simulazioni teoriche. Questo lavoro migliora la nostra conoscenza di la progettazione di canali ionici artificiali, che è importante per i campi della nanofluidica, delle membrane e della scienza delle separazioni", afferma il professor Wang.
"Questa è una scoperta fondamentale entusiasmante e speriamo che stimoli più ricerche in queste aree importanti", afferma il professor Wang. + Esplora ulteriormente
