Representación de un artista de una vesícula de copolímero en bloque con porinas de nanotubos de carbono incrustadas en sus paredes. La vesícula secuestra una gran enzima, peroxidasa de rábano picante. La imagen también muestra moléculas de luminol viajando a través de las porinas de nanotubos de carbono hacia el interior de la vesícula, donde la reacción enzimática con la peroxidasa de rábano picante produce quimioluminiscencia. Crédito:Ella Maru Studios
Las membranas celulares sirven como un ejemplo ideal de un sistema que es multifuncional, ajustable, precisa y eficiente.
Los esfuerzos para imitar estas maravillas biológicas no siempre han tenido éxito. Sin embargo, Los científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) han creado membranas a base de polímeros con poros de nanotubos de carbono de 1,5 nanómetros que imitan la arquitectura de las membranas celulares. La investigación aparece en la portada de la revista. Materiales avanzados .
Los nanotubos de carbono tienen propiedades de transporte únicas que pueden beneficiar a varias industrias modernas, Procesos ambientales y biomédicos:desde el tratamiento de agua a gran escala y la desalinización del agua hasta la diálisis renal, filtración estéril y fabricación farmacéutica.
Inspirándose en la biología, Los investigadores han buscado membranas sintéticas robustas y escalables que incorporan o emulan inherentemente unidades de transporte biológico funcional. Estudios recientes demostraron la incorporación exitosa de la bicapa lipídica de nanoporos basados en péptidos, Jaulas de membranas tridimensionales y nanoporos de origami de ADN grandes e incluso complejos.
Sin embargo, Los científicos de LLNL dieron un paso más y combinaron robustas membranas sintéticas de copolímero en bloque con otra tecnología desarrollada por LLNL:nanoporos de membrana artificial basados en porinas de nanotubos de carbono (CNTP), que son segmentos cortos de nanotubos de carbono de pared simple que forman poros a escala nanométrica con paredes hidrofóbicas atómicamente lisas que pueden transportar protones, agua y macromoléculas, incluido el ADN.
"Los CNTP son únicos entre los nanoporos biomiméticos porque los nanotubos de carbono son robustos y altamente resistentes a los productos químicos, que los hacen aptos para su uso en una gama más amplia de procesos de separación, incluidos los que requieren entornos hostiles, "dijo Alex Noy, un científico de materiales de LLNL y autor principal del artículo.
El equipo integró canales CNTP en membranas de polímero, imitando la estructura, arquitectura y funcionalidad básica de las membranas biológicas en una arquitectura totalmente sintética. Las mediciones de transporte de agua y de protones mostraron que las porinas de nanotubos de carbono mantienen su alta permeabilidad en el entorno de la membrana de polímero. Los científicos demostraron que los CNTP incrustados en polimerosomas (una clase de vesículas artificiales, diminutas esferas huecas que encierran una solución) pueden funcionar como conductos moleculares que transportan reactivos de moléculas pequeñas entre compartimentos vesiculares.
"Este desarrollo abre nuevas oportunidades para la entrega de reactivos moleculares a los compartimentos vesiculares para iniciar reacciones químicas confinadas e imitar los comportamientos sofisticados mediados por el transporte de los sistemas biológicos, "dijo Jeremy Sanborn, un Lawrence Scholar en LLNL y el primer autor del artículo.
