Les membranes d’ultrafiltration (UF) sont essentielles dans des industries comme celle de l’industrie pharmaceutique, où elles séparent les molécules en fonction de leur taille. Cependant, séparer des molécules de taille similaire avec des compositions chimiques distinctes – pensez aux anticorps avec des structures différentes – a toujours été un défi. Aujourd’hui, des chercheurs de l’Université Cornell ont développé une méthode révolutionnaire qui permet aux membranes UF de filtrer les molécules non pas en fonction de leur taille, mais en fonction de leur composition chimique.
Cette approche innovante consiste à incorporer des micelles de copolymères séquencés chimiquement distinctes dans le matériau de la membrane. Les micelles sont de minuscules sphères polymères auto-assemblées qui peuvent être adaptées avec des propriétés chimiques spécifiques. En mélangeant stratégiquement ces micelles, les chercheurs ont pu créer diverses surfaces de pores au sein de la membrane.
“Imaginez les canaux protéiques dans les cellules : elles peuvent distinguer des ions métalliques de taille similaire en fonction de la chimie qui tapisse leurs pores”, explique Ulrich Wiesner, auteur principal de l’étude et professeur à l’Université Cornell. “Nous avons emprunté ce concept à la nature pour développer des membranes UF dotées de pores chimiquement programmables.”
L’équipe, dirigée par Lilly Tsaur, a étudié méticuleusement comment ces micelles interagissent au sein de la couche supérieure de la membrane. Ils ont utilisé la microscopie électronique à balayage pour visualiser leur disposition et l’ont combinée avec l’apprentissage automatique pour identifier l’emplacement spécifique de chaque type de micelle sur la base de modèles de pores subtils. Les simulations moléculaires menées par Fernando Escobedo et Luis Nieves-Rosado ont fourni des informations cruciales sur les règles complexes d’auto-assemblage régissant ces micelles.
Cette recherche s’appuie sur des travaux antérieurs du groupe de Wiesner, qui ont déjà conduit au développement de membranes UF rentables pour séparer les virus des produits biopharmaceutiques. La nouvelle découverte pourrait révolutionner le domaine en permettant aux fabricants d’adapter facilement les processus de production existants pour créer des membranes adaptées à des séparations chimiques spécifiques.
“Les entreprises utilisent actuellement un processus cohérent pour produire ces membranes”, explique Wiesner. “Notre méthode leur offre un moyen simple de modifier” la poussière magique “- la composition des micelles – et d’obtenir des surfaces de pores chimiquement diverses.”
Ce changement de paradigme dans la technologie UF ouvre de nouvelles possibilités passionnantes au-delà de la filtration, notamment des revêtements intelligents qui réagissent à leur environnement et des biocapteurs hautement sensibles conçus pour détecter des molécules spécifiques. Les chercheurs approfondissent désormais ces matériaux et explorent la manière dont les modèles chimiques s’étendent sous la surface de la membrane.
