Crédito: Universidad de Manchester

Los investigadores del National Graphene Institute (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 informó en Naturaleza .

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

El grafeno es capaz de formar un filtro sintonizable o incluso una barrera perfecta cuando se trata de líquidos y gases. Se ha demostrado que nuevas membranas “inteligentes” desarrolladas usando una forma económica de grafeno llamada óxido de grafeno permiten un control preciso de mediante el uso de una corriente eléctrica. Las membranas pueden incluso usarse para bloquear completamente de pasar cuando sea necesario.

El equipo, dirigido por el profesor Rahul Nair, incrustó filamentos conductores dentro del aislamiento eléctrico . Una corriente eléctrica que pasa a través de estos nanofilamentos creó un gran campo eléctrico que ioniza las moléculas de agua y así 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 penetración de agua, desde la permeación ultrarrápida hasta el bloqueo completo. Nuestro trabajo abre una vía para el desarrollo posterior de tecnologías de membranas inteligentes.

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

Crédito: Universidad de Manchester

El logro del control eléctrico del flujo de agua a través de las membranas es un cambio gradual debido a su similitud con varios procesos biológicos en los que los estímulos principales son las señales eléctricas. El transporte controlado del agua es una clave para la conservación del agua renal, la regulación de la temperatura corporal y la digestión. El control eléctrico informado del transporte de agua a través de por lo tanto, 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 alternativas de desalinización. El año pasado también mostraron que las membranas podían eliminar el pigmento de color del whisky sin afectar sus otras propiedades.

Para la investigación pionera en membranas a base de grafeno, el Profesor Andre Geim y el Profesor Rahul Nair han ganado el 8º Premio del Premio Internacional Príncipe Sultán Bin Abdulaziz por el Agua (PSIPW)

Los científicos han estado tratando de controlar el flujo de agua a través de la membrana mediante el uso de un estímulo externo debido a su importancia para la salud y áreas relacionadas. Actualmente, tales membranas ajustables se limitan a la modulación de la humectación de las membranas y al transporte iónico controlado, pero no al flujo másico de agua controlado.

El Dr. Kai-Ge Zhou, autor principal del trabajo de investigación, dijo: “La tecnología reportada de membrana inteligente de grafeno no se limita a controlar el flujo de agua. La misma membrana puede usarse como un adsorbente inteligente o esponja. Agua adsorbida en la membrana se puede preservar en el incluso en condiciones desérticas si se aplica una corriente. Podríamos liberar esta agua a pedido desconectando la corriente “.

El Dr. Vasu, segundo autor principal, comentó: “Nuestro trabajo no solo abre nuevas aplicaciones para 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 moléculas de agua para derretir el hielo bajo un campo eléctrico, la evidencia experimental de los efectos del campo eléctrico faltaba. Nuestro trabajo muestra que un campo eléctrico grande puede ionizar el agua en sus iones constituyentes “.

El trabajo fue realizado en colaboración con científicos de la Universidad de York, la Universidad de Formación de Maestros Shahid Rajaee, Irán, y la Universidad de Antwerpen, Bélgica.

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


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Más información: Permeabilidad de agua controlada eléctricamente a través de membranas de óxido de grafeno, Naturaleza (2018) DOI: 10.1038 / s41586-018-0292-y , https://www.nature.com/articles/s41586-018-0292-y