Investigadores de la Universidad de Monash han desarrollado un nanodispositivo más rápido y eficiente para filtrar protones e iones de metales alcalinos que ayudará a diseñar membranas de próxima generación para tecnología, conversión y almacenamiento de energía limpia.

El nuevo nanodispositivo funciona con precisión a escala atómica, mientras genera su propia energía mediante electrodiálisis inversa.

En el artículo publicado en la revista Science Advances , un equipo de investigadores dirigido por el profesor australiano Laureate Fellow, Huanting Wang, de la Universidad de Monash, descubrió que un dispositivo nanofluídico de polímero de marco orgánico metálico (MIL-53-COOH) imita las funciones de los canales de potasio de rectificación hacia adentro biológicos y los canales de potasio de rectificación hacia afuera canales de protones.

"Tiene implicaciones importantes en el mundo real, en particular para el diseño de membranas de próxima generación para tecnología de energía limpia, conversión y almacenamiento de energía, minería y fabricación sostenibles, con aplicaciones específicas en la recuperación de ácidos y minerales", dice el profesor Wang, quien dirigió el proyecto con el investigador Dr. Jun Lu del Departamento de Ingeniería Química y Biológica de la Universidad de Monash.

Los canales de potasio son el tipo de canal iónico más ampliamente distribuido y se encuentran prácticamente en todos los organismos vivos. El transporte ultrarrápido direccional de iones con precisión a escala atómica es una de las funciones principales de los canales iónicos biológicos en las membranas celulares.

Estos canales iónicos biológicos mantienen de forma cooperativa el equilibrio de electrolitos y pH a través de las membranas celulares, que son esenciales para las actividades fisiológicas de las células.

Por ejemplo, se reconoce que el trastorno de la concentración de electrolitos en las células, especialmente de los iones cargados positivamente como el potasio, el sodio y los protones, tiene una relación directa con algunas enfermedades como la epilepsia.

Inspirados en estas funciones, los dispositivos de nanocanales artificiales construidos a partir de materiales porosos han sido ampliamente estudiados para la investigación experimental del transporte iónico nanofluídico para lograr las propiedades de transporte específicas de iones observadas en los canales iónicos biológicos.

Por ejemplo, se han utilizado nanotubos de carbono, grafeno, polímeros y estructuras metalorgánicas (MOF) para construir poros de tamaño nanométrico para imitar el transporte iónico y molecular a escala atómica de los canales iónicos biológicos.

Sin embargo, hasta ahora no se ha informado sobre el descubrimiento del transporte contradireccional rectificador ultrarrápido bioinspirado de protones e iones metálicos.

"El comportamiento de transporte de rectificación específico de iones sin precedentes que se encuentra en nuestro dispositivo nanofluídico de polímero de marco orgánico metálico (MIL-53-COOH) se atribuye a dos mecanismos distintos para iones metálicos y protones, explicados por simulaciones teóricas. Este trabajo amplía nuestro conocimiento de el diseño de canales de iones artificiales, que es importante para los campos de la ciencia de nanofluidos, membranas y separaciones", dice el profesor Wang.

"Este es un hallazgo fundamental emocionante y esperamos que estimule más investigación en estas áreas importantes", dice el profesor Wang. + Explora más

Reduciendo los transistores iónicos al límite máximo