Las membranas de ultrafiltración (UF) son esenciales en industrias como la farmacéutica, donde separan las moléculas según su tamaño. Sin embargo, separar moléculas de tamaño similar con composiciones químicas distintas (piense en anticuerpos con estructuras diferentes) siempre ha sido un desafío. Ahora, investigadores de la Universidad de Cornell han desarrollado un método innovador que permite a las membranas de UF filtrar moléculas no por tamaño, sino por su composición química.
Este enfoque innovador implica incorporar micelas de copolímeros en bloque químicamente distintas en el material de la membrana. Las micelas son pequeñas esferas poliméricas que se ensamblan solas y que pueden adaptarse con propiedades químicas específicas. Al combinar estratégicamente estas micelas, los investigadores pudieron crear diversas superficies de poros dentro de la membrana.
“Imagínese los canales de proteínas en las células: pueden distinguir entre iones metálicos de tamaño similar basándose en la química que recubre sus poros”, explica Ulrich Wiesner, autor principal del estudio y profesor de la Universidad de Cornell. “Tomamos prestado este concepto de la naturaleza para desarrollar membranas UF con poros químicamente programables”.
El equipo, dirigido por Lilly Tsaur, estudió meticulosamente cómo interactúan estas micelas dentro de la capa superior de la membrana. Utilizaron microscopía electrónica de barrido para visualizar su disposición y la combinaron con aprendizaje automático para identificar la ubicación específica de cada tipo de micela basándose en patrones de poros sutiles. Las simulaciones moleculares realizadas por Fernando Escobedo y Luis Nieves-Rosado proporcionaron información crucial sobre las complejas reglas de autoensamblaje que gobiernan estas micelas.
Esta investigación se basa en trabajos anteriores del grupo de Wiesner, que ya han llevado al desarrollo de membranas UF rentables para separar virus de productos biofarmacéuticos. El nuevo descubrimiento podría revolucionar el campo al permitir a los fabricantes adaptar fácilmente los procesos de producción existentes para crear membranas adaptadas a separaciones químicas específicas.
“Actualmente las empresas utilizan un proceso consistente para producir estas membranas”, afirma Wiesner. “Nuestro método les ofrece una forma sencilla de cambiar ‘el polvo mágico’ (la composición de las micelas) y lograr superficies de poros químicamente diversas”.
Este cambio de paradigma en la tecnología UF abre nuevas e interesantes posibilidades más allá de la filtración, incluidos recubrimientos inteligentes que reaccionan a su entorno y biosensores altamente sensibles diseñados para detectar moléculas específicas. Los investigadores ahora están profundizando en estos materiales, explorando cómo los patrones químicos se extienden debajo de la superficie de la membrana.
