(Phys.org) - Los científicos han superado obstáculos clave en el diseño para expandir los usos potenciales de nanoporos y nanotubos. La creación de nanotubos inteligentes con transporte masivo selectivo abre una gama más amplia de aplicaciones para la purificación del agua, separación química y lucha contra enfermedades.

Nanoporos y su versión enrollada, nanotubos, consisten en átomos unidos entre sí en un patrón hexagonal para crear una matriz de aberturas o canales a escala nanométrica. Esta estructura crea un filtro que se puede dimensionar para seleccionar qué moléculas e iones pasan al agua potable oa una célula. La misma técnica de filtrado puede limitar la liberación de subproductos químicos de los procesos industriales.

Anteriormente se ha informado de éxitos en la fabricación de nanotubos sintéticos a partir de diversos materiales, pero su uso ha sido limitado porque se degradan en el agua, el tamaño de los poros de los nanotubos de carbono resistentes al agua es difícil de controlar, y, más críticamente, la incapacidad de ensamblarlos en filtros apropiados.

Un equipo internacional de investigadores, con la ayuda de la fuente de fotones avanzada en el laboratorio nacional de Argonne, han logrado superar estos obstáculos mediante la construcción de autoensamblaje, nanoporos de tamaño específico. Esta nueva capacidad les permite diseñar nanotubos para funciones específicas y usar el tamaño de los poros para bloquear selectivamente moléculas e iones específicos.

Los científicos utilizaron agrupaciones de átomos llamados macrociclos estriados que comparten un núcleo plano de hexaenileno etinileno que lleva seis cadenas laterales de amida. Mediante un proceso de autoensamblaje celular, los macrociclos se apilan cofacialmente, o átomo encima del átomo. Cada capa del macrociclo se mantiene unida mediante la unión entre átomos de hidrógeno en las cadenas laterales de amida. Esta alineación crea un tamaño de poro uniforme independientemente de la longitud del nanotubo. Una ligera desalineación de incluso unos pocos macrociclos puede alterar el tamaño de los poros y comprometer en gran medida la funcionalidad del nanotubo.

"Es el primer nanotubo sintético que tiene un diámetro muy uniforme, ”Dijo Xiao Cheng Zeng, uno de los autores principales del estudio y profesor emérito de la Universidad de Nebraska-Lincoln.

Los tamaños de los poros se pueden ajustar para filtrar moléculas e iones de acuerdo con su tamaño cambiando el tamaño del macrociclo, similar a la forma en que se puede colocar un espacio en un anillo de bodas para que quede más ajustado. Los canales son permeables al agua, que ayuda en la transmisión rápida de información intercelular. Los nanoporos sintéticos imitan la actividad de los canales de iones celulares utilizados en el cuerpo humano. La investigación sienta las bases para una variedad de nuevas y emocionantes tecnologías, como nuevas formas de administrar proteínas directamente a las células o medicamentos para combatir enfermedades.

“La idea de esta investigación se originó en el mundo biológico, de nuestra esperanza de imitar estructuras biológicas, y quedamos encantados con los resultados, "Dijo Bing Gong, profesor de la Universidad de Buffalo en Nueva York, quien dirigió el estudio. "Hemos creado el primer canal de agua sintética confirmado cuantitativamente".

"Poros subnanométricos autoensamblados con propiedades inusuales de transporte de masa" aparece el 17 de julio en la revista. Comunicaciones de la naturaleza .

“Esta es la primera demostración de ingeniería molecular para crear una matriz de nanotubos de tamaño de poro uniforme que permite el transporte selectivo de iones para una función específica, "Dijo Zhonghou Cai, un científico con la Fuente de Fotones Avanzada. Un haz de rayos X de alta energía procedente de una fuente de luz, como el APS, era la única forma de confirmar las simulaciones por computadora y probar la uniformidad de los nanotubos sintetizados capa por capa. "No es frecuente que trabajes en algo tan emocionante".