As membranas de ultrafiltração (UF) são essenciais em indústrias como a farmacêutica, onde separam moléculas com base no tamanho. No entanto, separar moléculas de tamanhos semelhantes com composições químicas distintas – pense em anticorpos com estruturas diferentes – sempre foi um desafio. Agora, pesquisadores da Universidade Cornell desenvolveram um método inovador que permite às membranas UF filtrar moléculas não por tamanho, mas por sua composição química.
Esta abordagem inovadora envolve a incorporação de micelas de copolímero em bloco quimicamente distintas no material da membrana. Micelas são minúsculas esferas de polímero automontáveis que podem ser adaptadas com propriedades químicas específicas. Ao misturar estrategicamente essas micelas, os pesquisadores conseguiram criar diversas superfícies de poros dentro da membrana.
“Imagine canais de proteínas nas células – eles podem distinguir entre íons metálicos de tamanhos semelhantes com base na química que reveste seus poros”, explica Ulrich Wiesner, autor sênior do estudo e professor da Universidade Cornell. “Pegamos emprestado esse conceito da natureza para desenvolver membranas UF com poros quimicamente programáveis.”
A equipe, liderada por Lilly Tsaur, estudou meticulosamente como essas micelas interagem na camada superior da membrana. Eles usaram microscopia eletrônica de varredura para visualizar seu arranjo e combinaram-no com aprendizado de máquina para identificar a localização específica de cada tipo de micela com base em padrões sutis de poros. Simulações moleculares conduzidas por Fernando Escobedo e Luis Nieves-Rosado forneceram insights cruciais sobre as complexas regras de automontagem que regem essas micelas.
Esta pesquisa baseia-se em trabalhos anteriores do grupo de Wiesner, que já levou ao desenvolvimento de membranas UF econômicas para separar vírus de produtos biofarmacêuticos. A nova descoberta poderá revolucionar o campo, permitindo que os fabricantes adaptem facilmente os processos de produção existentes para criar membranas adaptadas para separações químicas específicas.
“Atualmente, as empresas utilizam um processo consistente para a produção dessas membranas”, diz Wiesner. “Nosso método oferece uma maneira simples de mudar o ‘pó mágico’ – a composição micelar – e obter superfícies de poros quimicamente diversas.”
Esta mudança de paradigma na tecnologia UF abre novas e excitantes possibilidades para além da filtração, incluindo revestimentos inteligentes que reagem ao seu ambiente e biossensores altamente sensíveis concebidos para detectar moléculas específicas. Os investigadores estão agora a aprofundar estes materiais, explorando como os padrões químicos se estendem abaixo da superfície da membrana.
