p A separação de moléculas é uma parte importante de muitos processos de fabricação e teste, incluindo a produção farmacêutica e alguns testes biomédicos. Uma forma de realizar essa separação é usando nanofiltros - materiais com orifícios de minúsculo diâmetro precisamente controlado, para permitir a passagem de moléculas até esse tamanho, enquanto bloqueia qualquer uma que seja maior. Mas um novo sistema desenvolvido por pesquisadores do MIT poderia adicionar uma nova capacidade importante:uma maneira de filtrar seletivamente moléculas do mesmo tamanho que têm propriedades químicas diferentes. p Karen Gleason, professor de engenharia química do MIT e reitor associado de engenharia de pesquisa, e a pós-doutoranda Ayse Asatekin descreveu o processo em um artigo publicado este mês na revista. Nano Letras .

p Esta é "uma maneira fundamentalmente diferente" de separar moléculas, Gleason diz. “As pessoas geralmente pensam que o tamanho é o fator determinante, "Mas ao tornar os poros no filtro pequenos o suficiente para que haja uma interação química significativa entre as paredes dos poros e as moléculas que passam por eles, torna-se possível discriminar de acordo com outras características, Ela explica. Nesse caso, a seleção foi baseada na afinidade das moléculas pela água. Como as paredes dos poros eram hidrofóbicas (repelem água), outras moléculas hidrofóbicas foram mais facilmente atraídas para os poros e impulsionadas através deles do que outras, moléculas menos hidrofóbicas.

p Em organismos vivos, paredes celulares rotineiramente realizam este tipo de separação química, permitindo certos tipos específicos de moléculas - por exemplo, nutrientes, enzimas ou moléculas de sinalização - passam livremente pelos poros da membrana celular, enquanto bloqueia todos os outros. Mas esta é a primeira vez, Asatekin disse, que tal separação química foi demonstrada em uma membrana sintética.

p Muitas moléculas biológicas que são semelhantes em tamanho, mas têm funções ou propriedades muito diferentes, portanto, a capacidade de separá-los com eficiência pode ser importante. Nesta demonstração inicial de prova de conceito, as moléculas selecionadas foram dois corantes, escolhidos devido ao seu tamanho semelhante e facilidade de detecção. Usando uma membrana de policarbonato (um tipo de plástico) tratada com uma camada depositada a vapor de outro polímero, os pesquisadores foram capazes de separar os dois corantes de forma muito eficaz, com mais de 200 vezes mais de um tipo passando do que o outro. O processo de revestimento que eles usaram não apenas adiciona a capacidade de discriminar entre as moléculas com base em suas diferentes afinidades pela água, mas, ao revestir o interior dos poros em forma de tubo no material, ele também fornece uma maneira de criar poros extremamente pequenos de tamanho uniforme - muito menores do que os que podem ser produzidos por métodos convencionais.

p Joerg Lahann, um professor associado de engenharia química da Universidade de Michigan que não estava envolvido neste trabalho, diz que a capacidade da equipe de produzir minúsculos, poros uniformes menores que 10 nanômetros (bilionésimos de metro) de diâmetro é em si uma realização significativa que resolve um grande problema na tecnologia de nanosseparação existente.

p Para testar como o sistema funciona, a equipe tentou fazer dois tipos diferentes de poros - alguns que eram tubos de tamanhos uniformes, outros que tiveram um gargalo estreito em um ponto e depois se alargaram. Os cilindros uniformes eram muito mais eficazes, demonstrando que o fator chave é a interação das moléculas com a parede do poro em todo o seu comprimento, que neste caso era cerca de 4, 000 vezes a largura.

p Na fabricação de produtos farmacêuticos, muitos processos envolvem reações químicas nas quais tanto os reagentes quanto o produto químico sendo produzido são muito semelhantes em tamanho molecular, portanto, ser capaz de separar os dois de forma eficiente pode ser um avanço significativo ao permitir o processamento de grande capacidade em vez da produção de pequenos lotes como é feito atualmente, Asatekin diz.

p Além de possíveis aplicações na fabricação de medicamentos, tais membranas podem ser importantes para a detecção de moléculas biologicamente significativas. Por exemplo, os militares dos EUA, que financiou esta pesquisa por meio do Institute for Soldier Nanotechnology, está interessada em seu possível uso em detectores que podem identificar um marcador químico que o corpo produz quando uma resposta inflamatória é desencadeada, o que poderia ser uma forma de revelar rapidamente que o corpo havia sido exposto a uma toxina, mesmo sem saber o que era essa toxina.

p Como uma próxima etapa, Asatekin e Gleason planejam tentar a técnica para separar biomoléculas que são de real relevância para os processos biológicos, para demonstrar que funciona com materiais que seriam de interesse para aplicações reais.

p Professor Mathias Ulbricht, cadeira de química técnica na Universidade de Duisburg-Essen na Alemanha, chama isso de “demonstração experimental poderosa” de uma nova técnica que ele diz ser uma grande promessa para aplicações práticas.

p “Este estudo abre um novo caminho para membranas nanoporosas verdadeiramente 'adaptadas' com seletividades diferentes daquelas das membranas tradicionais, ”Diz ele. “Mais trabalhos experimentais para a preparação de membranas com estrutura variada e outros experimentos de separação devem ser feitos. Contudo, Estou otimista de que as perspectivas promissoras podem ser demonstradas de forma prática em tais estudos de acompanhamento. ”

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Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.