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  • Fabricación de nanofiltros de mosaico para transporte molecular, separación de macromoléculas

    Fig.1 Robusto, proceso de síntesis simple para membranas AAM de nanofiltros en NT de sílice de jaula de mosaico 3D para orientación molecular y corte de tamaño de proteínas. Nota:Las abreviaturas utilizadas son N-trimetoxisililpropil-N, NORTE, Cloruro de N-trimetilamonio (TMAC), tetrametilortosilicato (TMOS), y trimetilclorosilano (TMCS).

    Un equipo dirigido por el Dr. Sherif El-Safty, Laboratorio de Investigación de Materiales Exploratorios para Energía y Medio Ambiente, Instituto Nacional de Ciencia de Materiales (NIMS; Japón), fabricó nanotubos de sílice (NT) de jaula de mosaico apretado dentro de membranas de alúmina anódica (AAM) como un nanofiltro candidato prometedor para la separación por exclusión de tamaño de alta velocidad (en varios segundos) de macromoléculas de alta concentración.

    Hasta la fecha, La separación de proteínas en grupos y tamaños relativamente homogéneos ha sido muy importante en productos biofarmacéuticos y medicamentos. Desde el punto de vista práctico, los requisitos para estas aplicaciones incluyen una fácil ampliación, separación rápida, idoneidad para altos volúmenes de producción, y bajo costo. Técnicamente, el diseño de membranas de filtro extremadamente robustas sin formación de espacios de aire entre los nanocanales de membrana es un desafío pendiente, ya que las brechas de poros no solo reducen el potencial de los sistemas de nanofiltración de exclusión de tamaño, sino que también limitan la estabilidad de almacenamiento a largo plazo de las NT, dificultando el almacenamiento incluso durante un mes.

    Para el control práctico de membranas de nanofiltros de mosaico, Se adoptó un enfoque general basado en estructuras de mesocage tridimensionales (3D) densamente diseñadas dentro de las NT de sílice. En este diseño, El revestimiento multifuncional de la superficie de los canales de poros del AAM facilitó la producción de secuencias de membranas construidas extremadamente robustas como "nanofiltros reales" sin "poros de desprendimiento" (espacios de aire) entre los nanotubos fabricados dentro del AAM. El enfoque utilizado por el equipo de NIMS es ideal para construir arquitecturas de estructura tubular dentro de membranas con alineación vertical, superficies abiertas de los extremos superior-inferior, conectividad de poros multidireccional (3D), y estabilidad, que son prometedoras para su aplicación a sistemas de nanofiltros.

    La clave de este desarrollo fue el hecho de que el sistema de nanofiltros separa de manera eficiente macromoléculas como proteínas de varios tamaños en un ancho, rango ajustable de concentraciones. Aunque los procesos convencionales requieren hasta 12 horas o más, esta técnica proporciona un proceso de filtración rápido que logra la filtración en segundos, a pesar del efecto bloqueante de las proteínas durante el proceso de filtración.

    Las propiedades intrínsecas del diseño NIMS (vida útil o estabilidad a largo plazo, eficiencia de separación, reutilización) son ventajas importantes en comparación con las técnicas convencionales de nanofiltros de proteínas utilizadas hasta la fecha. Estas ventajas serán clave para el desarrollo de un enfoque de fabricación con el potencial de convertirse en el método óptimo para el diseño de nanofiltros para la filtración y el transporte molecular de múltiples especies.

    Los resultados de esta investigación demostraron que el enfoque de NIMS ofrece una herramienta alternativa rentable y rentable a los métodos actuales de análisis de macromoléculas. Este desarrollo también ofrece nuevos conocimientos sobre el diseño de control de dispositivos en los campos de la electrónica, sensores, y otras nanotecnologías.


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