Una imagen de microscopio de la membrana después del filtrado. Las partículas de oro están bien dispersas. Crédito:John Wiley and Sons
(Phys.org) —Una membrana que consta de fibras poliméricas y proteínas crea un filtro novedoso para partículas a nanoescala en soluciones acuosas. El resultado de tal investigación, que fue realizado por el profesor Mady Elbahri y su equipo del Instituto de Ciencia de Materiales de la Universidad de Kiel (KU) y el Instituto de Investigación de Polímeros en Helmholtz-Zentrum Geesthacht (HZG), ha sido publicado recientemente como artículo de portada en el número actual de Materiales funcionales avanzados .
Un nanofluido, lo que significa una suspensión coloidal de p. ej. nanopartículas de metal en agua, pasa fácilmente a través de membranas poliméricas macroporosas comúnmente utilizadas. Las partículas son demasiado pequeñas para ser retenidas con diámetros de orificio de entre tres y cuatro micrómetros. Además, las partículas bloquearían rápidamente las aberturas de los tamices más pequeños. Por eso, sería necesaria presión para filtrar el fluido.
El gráfico muestra una membrana formada por fibras poliméricas (rojo y negro) con proteínas (azul) que han activado su capacidad para capturar todas las nanopartículas metálicas. Cuando el nanofluido con partículas metálicas (arriba) pasa a través del tamiz, las proteínas contienen las partículas. Al final, hay un líquido libre de partículas. Crédito:John Wiley and Sons
Para solucionar estos problemas, Elbahri y su equipo biofuncionalizaron su membrana y agregaron una proteína disponible comercialmente a las fibras. "Descubrimos que la proteína sufre un cambio conformacional bajo el agua, y se activa su capacidad para capturar todas las nanopartículas metálicas durante el proceso de filtración ", explica Elbahri. "Este es un gran avance", agrega el coautor Dr. Shahin Homaeigohar. "Es de esperar que el mismo principio nos permita, para filtrar biomoléculas y organismos de las aguas residuales ".
De la filtración a la energía solar térmica
Cuando el nano tamiz captura partículas metálicas como el oro, hay otra aplicación a la mano, porque, ningún otro método ha logrado dispersar tan bien las partículas. "Este resultado fue inesperado", dice Elbahri. "En condiciones secas, la membrana muestra el color del metal, en este caso, el rojo de las nanopartículas de oro ". Cuando la membrana se moja, se vuelve negro. "Luego, actúa como un absorbente negro perfecto omnidireccional, que se puede utilizar como un absorbedor solar ". Elbahri añade:" De hecho, superamos las brechas entre varias disciplinas, química, física, biociencia y ciencia de los materiales, es decir, y el grupo de Nanoquímica y Nanoingeniería ha iniciado ahora el primer paso hacia la intradisciplinariedad de la Nanociencia ".
El nanofluido con partículas de oro (izquierda) y la solución filtrada (derecha). Se filtran todas las partículas metálicas. Crédito:CAU, Foto:Claudia Eulitz
Aplicación como virus y biofiltro
El nano tamiz permitirá filtrar partículas muy pequeñas o biomoléculas y organismos como virus fuera del agua. Los científicos involucrados ya han patentado su innovación, un bio-nanocompuesto, en Europa. Otra patente para EE. UU. Está en camino. Además de su aplicación en la filtración de agua, el nano tamiz muestra un gran potencial como absorbente solar y como catalizador. "Considerándolo todo, el resultado es un gran avance hacia el diseño de un proceso de filtración operativo, como una nueva ruta para la fabricación de materiales funcionales, y ofrece eficiencias comercialmente atractivas a bajo costo ", dice Elbahri.
