Le membrane di ultrafiltrazione (UF) sono essenziali in settori come quello farmaceutico, dove separano le molecole in base alle dimensioni. Tuttavia, separare molecole di dimensioni simili con composizioni chimiche distinte – si pensi ad anticorpi con strutture diverse – è sempre stata una sfida. Ora, i ricercatori della Cornell University hanno sviluppato un metodo innovativo che consente alle membrane UF di filtrare le molecole non in base alle dimensioni, ma in base alla loro composizione chimica.
Questo approccio innovativo prevede l’incorporazione di micelle di copolimero a blocchi chimicamente distinte nel materiale della membrana. Le micelle sono minuscole sfere polimeriche autoassemblanti che possono essere personalizzate con proprietà chimiche specifiche. Miscelando strategicamente queste micelle, i ricercatori sono stati in grado di creare diverse superfici dei pori all’interno della membrana.
“Immaginiamo i canali proteici nelle cellule: possono distinguere tra ioni metallici di dimensioni simili in base alla chimica che riveste i loro pori”, spiega Ulrich Wiesner, autore senior dello studio e professore alla Cornell University. “Abbiamo preso in prestito questo concetto dalla natura per sviluppare membrane UF con pori chimicamente programmabili.”
Il team, guidato da Lilly Tsaur, ha studiato meticolosamente il modo in cui queste micelle interagiscono all’interno dello strato superiore della membrana. Hanno utilizzato la microscopia elettronica a scansione per visualizzare la loro disposizione e l’hanno combinata con l’apprendimento automatico per identificare la posizione specifica di ciascun tipo di micella sulla base di sottili modelli di pori. Le simulazioni molecolari condotte da Fernando Escobedo e Luis Nieves-Rosado hanno fornito informazioni cruciali sulle complesse regole di autoassemblaggio che governano queste micelle.
Questa ricerca si basa sul lavoro precedente del gruppo di Wiesner, che ha già portato allo sviluppo di membrane UF economicamente vantaggiose per separare i virus dai prodotti biofarmaceutici. La nuova scoperta potrebbe rivoluzionare il campo consentendo ai produttori di adattare facilmente i processi di produzione esistenti per creare membrane su misura per separazioni chimiche specifiche.
“Le aziende attualmente utilizzano un processo coerente per la produzione di queste membrane”, afferma Wiesner. “Il nostro metodo offre loro un modo semplice per cambiare la ‘polvere magica’ – la composizione micellare – e ottenere superfici dei pori chimicamente diverse.”
Questo cambio di paradigma nella tecnologia UF apre nuove entusiasmanti possibilità oltre la filtrazione, compresi rivestimenti intelligenti che reagiscono al loro ambiente e biosensori altamente sensibili progettati per rilevare molecole specifiche. I ricercatori stanno ora scavando più a fondo in questi materiali, esplorando come i modelli chimici si estendono sotto la superficie della membrana.
