Investigadores del Instituto Nacional de Grafeno (NGI) de la Universidad de Manchester han logrado un objetivo largamente buscado de controlar eléctricamente el flujo de agua a través de las membranas. como se informa en Naturaleza .

Este es el último y emocionante desarrollo de membranas que se beneficia de las propiedades únicas del grafeno. La nueva investigación abre una vía para el desarrollo de tecnologías de membranas inteligentes y podría revolucionar el campo de los sistemas biológicos artificiales. ingeniería de tejidos y filtración.

El grafeno es capaz de formar un filtro sintonizable o incluso una barrera perfecta cuando se trata de líquidos y gases. Nuevas membranas 'inteligentes' desarrolladas utilizando una forma económica de grafeno llamada óxido de grafeno, Se ha demostrado que permiten un control preciso del flujo de agua mediante el uso de una corriente eléctrica. Las membranas incluso se pueden usar para bloquear completamente el paso del agua cuando sea necesario.

El equipo, dirigido por el profesor Rahul Nair, filamentos conductores incrustados dentro de la membrana de óxido de grafeno eléctricamente aislante. Una corriente eléctrica que pasa a través de estos nanofilamentos crea un gran campo eléctrico que ioniza las moléculas de agua y, por lo tanto, controla el transporte de agua a través de los capilares de grafeno en la membrana.

El profesor Nair dijo:"Esta nueva investigación nos permite controlar con precisión la permeabilidad del agua, desde la permeación ultrarrápida hasta el bloqueo completo. Nuestro trabajo abre una vía para seguir desarrollando tecnologías de membranas inteligentes.

"El desarrollo de membranas inteligentes que permitan un control preciso y reversible de la penetración molecular utilizando estímulos externos sería de gran interés para muchas áreas de la ciencia; desde la física y la química, a las ciencias de la vida ".

El logro del control eléctrico del flujo de agua a través de las membranas es un cambio radical debido a su similitud con varios procesos biológicos donde los principales estímulos son señales eléctricas. El transporte de agua controlado es clave para la conservación del agua renal, regulación de la temperatura corporal y la digestión. Por lo tanto, el control eléctrico informado del transporte de agua a través de membranas de grafeno abre una nueva dimensión en el desarrollo de sistemas biológicos artificiales y dispositivos nanofluídicos avanzados para diversas aplicaciones.

Previamente, El grupo de investigación ha demostrado que las membranas de óxido de grafeno se pueden utilizar como tamiz para eliminar la sal del agua de mar para las alternativas de desalinización. El año pasado también demostraron que las membranas podían eliminar el pigmento de color del whisky sin afectar sus otras propiedades.

Para la investigación pionera en membranas basadas en grafeno, El profesor Andre Geim y el profesor Rahul Nair han ganado el octavo premio del Premio Internacional del Agua Príncipe Sultán Bin Abdulaziz (PSIPW)

Los científicos llevan mucho tiempo tratando de controlar el flujo de agua a través de la membrana mediante el uso de estímulos externos debido a su importancia para la atención médica y áreas relacionadas. En la actualidad, tales membranas ajustables se limitan a la modulación de la humectación de las membranas y el transporte de iones controlado, pero no el flujo de masa controlado de agua.

Dr. Kai-Ge Zhou, El autor principal del artículo de investigación dijo:"La tecnología de membrana inteligente de grafeno informada no se limita solo a controlar el flujo de agua. La misma membrana se puede usar como un adsorbente inteligente o una esponja. El agua adsorbida en la membrana se puede conservar en la membrana incluso en condiciones desérticas si se aplica una corriente . Podríamos liberar esta agua a demanda apagando la corriente ".

Dr. Vasu, El segundo autor principal comentó, "Nuestro trabajo no solo abre nuevas aplicaciones para las membranas de grafeno, sino que nos permite comprender el efecto del campo eléctrico en las propiedades a nanoescala del agua confinada. A pesar de muchas predicciones teóricas contradictorias que van desde la congelación de las moléculas de agua hasta el derretimiento del hielo bajo un campo eléctrico, faltaban las pruebas experimentales de los efectos del campo eléctrico. Nuestro trabajo muestra que un gran campo eléctrico puede ionizar el agua en sus iones constituyentes ".

El trabajo se realizó en colaboración con científicos de la Universidad de York, Universidad de Formación de Profesores Shahid Rajaee, Irán y la Universidad de Amberes, Bélgica.

El grafeno y los materiales bidimensionales relacionados se han mostrado prometedores para el desarrollo de nuevas aplicaciones, así como para mejorar los procesos utilizados actualmente para áreas tan diversas como; electrónica, composicion, sensores y biomédicos. Las membranas se han convertido en un tema clave de investigación y desarrollo para la desalinización, separación de gases y asistencia sanitaria.