Membranas que mudam o tamanho dos poros em resposta a estímulos externos, como pH, calor e luz, são definidas para transformar a ciência e tecnologia de separação. Essas membranas inteligentes desenvolvidas pelos pesquisadores da KAUST exibem o tamanho dos poros ajustáveis, o que significa que eles podem separar seletivamente os compostos de acordo com seu tamanho quando expostos a diferentes comprimentos de onda de luz.

Redes orgânicas covalentes (CONs) surgiram recentemente como potenciais alternativas livres de metal para materiais de membrana convencionais, tais como estruturas metal-orgânicas e zeolíticas. Esses nanomateriais porosos cristalinos leves, que resultam de blocos de construção moleculares orgânicos mantidos juntos por fortes ligações covalentes, são estáveis ​​em solventes aquosos e orgânicos. Eles também apresentam uma topologia e tamanho de poro bem definidos, o que os torna atraentes para aplicações em muitos campos, incluindo adsorção e separação de gás, armazenamento e conversão de energia, optoeletrônica, detecção química e distribuição de drogas. Contudo, essas características estruturais não podem ser alteradas, o que restringe a aplicabilidade das membranas.

Uma equipe KAUST agora gerou uma membrana responsiva à luz incorporando unidades de azobenzeno comutáveis ​​por luz em um CON. Essas unidades comutáveis ​​por luz adotam duas configurações diferentes, dependendo do comprimento de onda de irradiação:uma geometria linear quando exposta à luz ultravioleta e uma geometria abreviada quando exposta à luz visível. Esta abordagem foi "inspirada por membranas celulares com canais responsivos a estímulos para permeabilidade e seletividade autorreguladoras em resposta a sinais ambientais, "diz o pós-doutorado Jiangtao Liu, que liderou o estudo sob a orientação de Suzana Nuñes.

Os pesquisadores usaram derivados de azobenzeno contendo um grupo reativo em cada extremidade como ligantes para unir grandes moléculas cíclicas flexíveis, chamados ciclens, e para formar uma rede contínua. Eles dissolveram derivados de azobenzeno em uma mistura de diclorometano-hexano e cicleno em água e permitiram que esses precursores reagissem na interface aquoso-orgânica para produzir uma membrana independente. A membrana exibia uma "estrutura única semelhante a um origami que pode ser dobrada e desdobrada sob luz ultravioleta e visível, "Liu diz.

Ao controlar a trans-para-cistransformação do azobenzeno usando luz, a equipe manipulou remotamente o tamanho dos poros da membrana em nível molecular e, consequentemente, sintonizou dinamicamente a permeabilidade e seletividade da membrana para várias moléculas de solvente e corante. Liu explica que a exposição à luz ultravioleta "fecha" as portas e reduz o tamanho dos poros, que pode aumentar a seletividade da membrana. Por outro lado, o tamanho do poro inicial correspondente ao estado "aberto" pode ser recuperado usando luz visível.

A equipe planeja expandir seu trabalho projetando novas membranas inteligentes para DNA, Reconhecimento de RNA ou vírus usando interações hospedeiro-convidado únicas.