Membranas biológicas, como as "paredes" da maioria dos tipos de células vivas, consistem principalmente de uma camada dupla de lipídios, ou "bicamada lipídica, "que forma a estrutura, e uma variedade de proteínas embutidas e anexadas com funções altamente especializadas, incluindo proteínas que transportam rápida e seletivamente íons e moléculas para dentro e para fora da célula.

Membranas artificiais têm sido usadas para processos industriais de pequena e grande escala desde meados do século XX, no entanto, sua ineficiência pode tornar alguns processos relativamente lentos e caros. Os cientistas há muito procuram desenvolver membranas sintéticas que possam corresponder à seletividade e ao transporte de alta velocidade oferecidos por suas contrapartes naturais.

Agora, uma equipe liderada por pesquisadores da Universidade da Califórnia em Berkeley projetou e - usando o espalhamento de nêutrons no Oak Ridge National Laboratory (ORNL) - também caracterizou com precisão um novo polímero que é tão eficaz quanto as proteínas naturais no transporte de prótons através de uma membrana. Os resultados de sua pesquisa foram publicados em Natureza .

Este marco importante tem o potencial de transformar uma ampla gama de tecnologias, como tornar as baterias e sistemas de purificação de água mais eficientes e menos caros, e a produção de biocombustíveis e produtos farmacêuticos aprimorados de maneira mais econômica.

"Inserimos nossos novos polímeros em bicamadas lipídicas, e eles transportaram prótons tão bem quanto proteínas naturais, "disse Ting Xu, professor da UC Berkeley e cientista docente da Divisão de Ciências de Materiais do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley.

"Os polímeros são muito difíceis de imaginar e estudar por causa do contraste limitado entre sua densidade e a dos lipídios. Portanto, aumentamos o contraste deuterando seletivamente os lipídios nas amostras - o que significa que substituímos alguns de seus átomos de hidrogênio por átomos de deutério - que nêutrons são especialmente bons na diferenciação de átomos de hidrogênio. Isso nos permitiu usar o espalhamento de nêutrons em Oak Ridge para melhor "ver" o tamanho e a forma dos polímeros individuais, "adicionou Xu.

Trabalhando no High Flux Isotope Reactor (HFIR) de ORNL, os pesquisadores usaram a linha de luz de espalhamento de nêutrons de pequeno ângulo (GP-SANS) para realizar seus experimentos.

"O instrumento GP-SANS permitiu que a equipe liderada por pesquisadores da UC Berkeley determinasse que os polímeros eram estruturas compactas que foram dispersas aleatoriamente dentro da membrana, em oposição a aglomerados, "disse William T. Heller, o líder da equipe SANS / Spin Echo no ORNL. "Escolhemos o instrumento GP-SANS porque é ideal para o tamanho do polímero e seu feixe intenso é excelente para estudar amostras que não se espalham fortemente."

Xu e seus colaboradores disseram que os quatro monômeros, os principais componentes do novo polímero, podem ser agrupados de maneiras diferentes para produzir miméticos de proteínas funcionais. "O que torna nossa nova técnica tão promissora é que ela é escalonável, e o conhecimento para fazer isso está prontamente disponível, "disse Xu." Considerando o grande número de monômeros disponíveis e os recentes avanços na química de polímeros, as possibilidades de casar os campos sintético e biológico são quase ilimitadas. "