p Imitando a estrutura do rim, uma equipe de cientistas do Laboratório Nacional Lawrence Livermore (LLNL) e da Universidade de Illinois em Chicago (UIC) criou uma membrana tridimensional nanométrica (nm) fina que quebra o trade-off de permeance-seletividade das membranas artificiais. p Membranas altamente permeáveis ​​e seletivas são úteis para uma ampla gama de aplicações, como diálise, purificação de água e armazenamento de energia. Contudo, membranas sintéticas convencionais com base em estruturas bidimensionais sofrem da limitação de troca entre permeabilidade e seletividade, decorrentes de sua área de superfície intrinsecamente limitada e geometrias de poros complexas longas.

p Seguindo uma sugestão de sistemas biológicos que alcançam um transporte de massa transmembranar altamente seletivo e rápido, empregando estruturas funcionais 3-D eficientes, a equipe desenvolveu uma membrana 3-D auto-sustentável composta de dois canais 3-D interconectados, que são separados por uma camada porosa de óxido de titânio (TiO2) de espessura nanométrica.

p Esta arquitetura biomimética 3D única aumenta drasticamente a área de superfície, e, portanto, a área de filtragem, por 6, 000 vezes, acoplado com uma distância de difusão ultracurta através da camada seletiva de 2-4 nm de espessura. Esses recursos fornecem o alto desempenho de separação da membrana 3-D com características de rápida transferência de massa.

p "Nosso estudo sugere que o projeto da membrana 3-D tem grande potencial para superar as limitações das membranas sintéticas convencionais, "disse o cientista de materiais do LLNL Jianchao Ye, um dos autores correspondentes de um artigo publicado na revista Materials Horizons.

p "Os resultados deste trabalho também fornecem critérios de design fundamentais para o desenvolvimento de membranas nanoporosas de alto desempenho, "disse Sangil Kim, ex-cientista do LLNL agora na Universidade de Illinois em Chicago.

p A equipe disse que a nova membrana 3-D exibe aplicações promissoras em engenharia biomédica e na área de armazenamento de energia, tais como membranas para baterias de sulfeto de lítio e óxido de lítio.

p "O design da membrana biomimética 3-D demonstrado neste trabalho irá, em última análise, permitir o desenvolvimento de sistemas de hemodiálise implantáveis ​​de alto desempenho e pulmões com membrana artificial, mudando assim a vida de centenas de milhares de americanos com insuficiência renal e pulmonar total e permanente, "O cientista e co-autor do LLNL Juergen Biener disse.

p A equipe também apontou que o desempenho pode ser melhorado ainda mais por otimizações geométricas usando impressão 3-D e técnicas de aprendizado de máquina, o que leva a enormes oportunidades de pesquisa no campo da membrana.