Membranas que cambian el tamaño de sus poros en respuesta a estímulos externos, como el pH, calor y luz, se establecen para transformar la ciencia y la tecnología de la separación. Estas membranas inteligentes desarrolladas por investigadores de KAUST muestran un tamaño de poro ajustable, lo que significa que pueden separar compuestos selectivamente de acuerdo con su tamaño cuando se exponen a diferentes longitudes de onda de luz.

Las redes orgánicas covalentes (CON) han surgido recientemente como alternativas potenciales libres de metales a los materiales de membrana convencionales, tales como estructuras metalorgánicas y zeolíticas. Estos nanomateriales porosos cristalinos ligeros, que resultan de bloques de construcción moleculares orgánicos unidos por fuertes enlaces covalentes, son estables en disolventes acuosos y orgánicos. También presentan una topología y un tamaño de poro bien definidos, lo que los hace atractivos para aplicaciones en muchos campos, incluida la adsorción y separación de gases, almacenamiento y conversión de energía, optoelectrónica, detección química y administración de fármacos. Sin embargo, estas características estructurales no se pueden alterar, lo que restringe la aplicabilidad de las membranas.

Un equipo de KAUST ahora ha generado una membrana sensible a la luz incorporando unidades de azobenceno conmutables por luz en un CON. Estas unidades de luz conmutable adoptan dos configuraciones diferentes dependiendo de la longitud de onda de la irradiación:geometría translineal cuando se exponen a la luz ultravioleta y una geometría distorsionada cuando se exponen a la luz visible. Este enfoque "se inspiró en las membranas celulares con canales sensibles a los estímulos para autorregular la permeabilidad y la selectividad en respuesta a las señales ambientales, "dice el postdoctorado Jiangtao Liu, quien dirigió el estudio bajo la tutela de Suzana Nuñes.

Los investigadores utilizaron derivados de azobenceno que tienen un grupo reactivo en cada extremidad como enlazadores para unir moléculas cíclicas flexibles grandes. llamado Cyclens, y formar una red continua. Disolvieron derivados de azobenceno en una mezcla de diclorometano-hexano y se ciclaron en agua y permitieron que estos precursores reaccionaran en la interfase acuosa-orgánica para producir una membrana independiente. La membrana mostraba una "estructura única similar a un origami que se puede plegar y desplegar bajo luz ultravioleta y visible, "Dice Liu.

Al controlar la transformación de trans a cis de azobenceno usando luz, el equipo manipuló de forma remota el tamaño de los poros de la membrana a nivel molecular y, como consecuencia, sintonizó dinámicamente la permeabilidad y selectividad de la membrana hacia varias moléculas de solvente y colorante. Liu explica que la exposición a la luz ultravioleta "cierra" las puertas y reduce el tamaño de los poros, que puede mejorar la selectividad de la membrana. En cambio, el tamaño de poro inicial correspondiente al estado "abierto" se puede recuperar usando luz visible.

El equipo planea expandir su trabajo diseñando nuevas membranas inteligentes para ADN, Reconocimiento de virus o ARN mediante interacciones únicas huésped-huésped.