El acceso al agua potable se considera uno de los principales desafíos del siglo XXI, y los científicos acaban de abrir un camino a nuevos procesos de filtración. Inspirado en proteínas celulares, han desarrollado membranas con canales artificiales asimétricos en el interior, desde donde pudieron observar agua "quiral "1. La quiralidad es una propiedad que favorece el flujo de materiales indispensables para la filtración. Este trabajo, realizado por investigadores del CNRS del Institut Européen des Membranes (CNRS / ENSCM / Université de Montpellier) y el Laboratoire CNRS de Biochimie Théorique, en colaboración con científicos estadounidenses, fue publicado en Avances de la ciencia el 23 de marzo 2018.

Desde el deseo de desarrollar tecnologías innovadoras para la filtración y purificación de agua, Los investigadores han desarrollado membranas con canales artificiales inspirados en las proteínas que forman los poros de las membranas biológicas:las acuaporinas. Usando una técnica espectroscópica innovadora, han podido observar que, en el espacio muy restringido en estos canales, las moléculas de agua se organizan de manera muy regular, en una estructura de alambre molecular orientado:el agua se ha vuelto "quiral".

Identificar el agua quiral en los canales artificiales de estas membranas lipídicas, en condiciones fisiológicas similares a los poros naturales, fue un tour de force. Esta disposición muy regular de moléculas ya se había observado en estructuras sólidas de compuestos naturales o artificiales, pero es difícil de observar en solución, donde las moléculas de agua son muy móviles.

Esta disposición "de alambre" de las moléculas de agua se explica por la polaridad de la molécula de agua conjugada con la asimetría de los canales. Agua, a través de enlaces de hidrógeno, interactúa con las paredes de los canales artificiales. En las superestructuras resultantes, las moléculas que forman los canales transmiten su carácter quiral a los hilos de agua, y dar a las moléculas de agua una dirección preferida. Esto llevó a la hipótesis de los investigadores:esta orientación colectiva de las moléculas de agua probablemente juega un papel importante en la activación o selección del transporte a través de la membrana.

Y de hecho, Experimentos de laboratorio, apoyado por cálculos de dinámica molecular, confirmó que estos arreglos quirales presentan mayores propiedades de transferencia que sus equivalentes no quirales, donde el agua presenta una disposición molecular aleatoria. En otras palabras, la quiralidad del agua provoca una mayor movilidad en los nanocanales, impulsar el transporte de material, con un aporte energético exterior reducido.

Este descubrimiento abre una vasta área de aplicación para la filtración y purificación de agua. En la actualidad, los investigadores están desarrollando membranas de ósmosis inversa, comúnmente utilizado para desalar agua de mar. Ya han obtenido resultados prometedores en términos de mejor permeabilidad y selectividad de la membrana, que son ambos criterios indispensables para la filtración.