Membranas biológicas, como las "paredes" de la mayoría de los tipos de células vivas, consisten principalmente en una doble capa de lípidos, o "bicapa lipídica, "que forma la estructura, y una variedad de proteínas incrustadas y unidas con funciones altamente especializadas, incluyendo proteínas que transportan rápida y selectivamente iones y moléculas dentro y fuera de la célula.

Las membranas artificiales se han utilizado para procesos industriales a pequeña y gran escala desde mediados del siglo XX, sin embargo, su ineficacia puede hacer que algunos procesos sean relativamente lentos y costosos. Los científicos han buscado durante mucho tiempo desarrollar membranas sintéticas que pudieran igualar la selectividad y el transporte de alta velocidad que ofrecen sus contrapartes naturales.

Ahora, un equipo dirigido por investigadores de la Universidad de California en Berkeley ha diseñado y, utilizando la dispersión de neutrones en el Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL), también ha caracterizado con precisión un polímero novedoso que es tan eficaz como las proteínas naturales para transportar protones a través de una membrana. Los resultados de su investigación fueron publicados en Naturaleza .

Este importante hito tiene el potencial de transformar una amplia gama de tecnologías, como hacer que las baterías y los sistemas de purificación de agua sean más eficientes y menos costosos, y producir biocombustibles y productos farmacéuticos mejorados de forma más rentable.

"Insertamos nuestros nuevos polímeros en bicapas lipídicas, y transportaban protones tan bien como proteínas naturales, "dijo Ting Xu, profesor de la UC Berkeley y científico de la facultad de la División de Ciencias de los Materiales del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley.

"Los polímeros son muy difíciles de obtener imágenes y estudiar debido al contraste limitado entre su densidad y la de los lípidos. Por lo tanto, realzamos el contraste al deuterar selectivamente los lípidos en las muestras, lo que significa que reemplazamos algunos de sus átomos de hidrógeno con átomos de deuterio, lo que Los neutrones son especialmente buenos para diferenciarse de los átomos de hidrógeno. Eso nos permitió utilizar la dispersión de neutrones en Oak Ridge para "ver" mejor el tamaño y la forma de los polímeros individuales. "agregó Xu.

Trabajando en el reactor de isótopos de alto flujo de ORNL (HFIR), Los investigadores utilizaron la línea de luz de dispersión de neutrones de ángulo pequeño de propósito general (GP-SANS) para realizar sus experimentos.

"El instrumento GP-SANS permitió al equipo dirigido por investigadores de UC Berkeley determinar que los polímeros eran estructuras compactas que se dispersaban al azar dentro de la membrana, en lugar de agruparse, "dijo William T. Heller, el líder del equipo SANS / Spin Echo en ORNL. "Elegimos el instrumento GP-SANS porque es ideal para el tamaño del polímero y su haz intenso es excelente para estudiar muestras que no se dispersan fuertemente".

Xu y sus colaboradores dijeron que los cuatro monómeros, los componentes principales del nuevo polímero, pueden agruparse de diferentes formas para producir imitaciones de proteínas funcionales. "Lo que hace que nuestra nueva técnica sea tan prometedora es que es escalable, y el conocimiento para hacer esto está disponible, ", dijo Xu." Teniendo en cuenta la gran cantidad de monómeros disponibles y los recientes avances en la química de los polímeros, las posibilidades de casar los campos sintético y biológico son casi ilimitadas ".