p Para muitos engenheiros e cientistas, a natureza é a maior musa do mundo. Eles procuram compreender melhor os processos naturais que evoluíram ao longo de milhões de anos, imitá-los de maneiras que podem beneficiar a sociedade e, às vezes, até melhorá-los. p Um internacional, equipe interdisciplinar de pesquisadores que inclui engenheiros da Universidade de Austin encontrou uma maneira de replicar um processo natural que move a água entre as células, com o objetivo de melhorar a forma como filtramos o sal e outros elementos e moléculas para criar água limpa e consumir menos energia.

p Em um novo artigo publicado hoje em Nature Nanotechnology, os pesquisadores criaram um canal de transporte de água do tamanho de uma molécula que pode transportar água entre as células enquanto exclui prótons e moléculas indesejadas. Esses canais imitam as funções de transporte de água das proteínas em nossos corpos, conhecidas como aquaporinas. Em nossas células, o transporte descontrolado de prótons ao lado da água pode ser prejudicial porque pode alterar o pH das células, potencialmente perturbando ou matando-os.

p Esta é a primeira instância de um canal artificial do tamanho de um nanômetro que pode realmente emular as principais características de transporte de água desses canais biológicos de água. E poderia melhorar a capacidade das membranas de filtrar com eficiência moléculas e elementos indesejados, enquanto acelera o transporte de água, tornando mais barato criar um abastecimento limpo.

p "Ele copia a natureza, mas o faz quebrando as regras que a natureza estabeleceu, "disse Manish Kumar, um professor assistente no Departamento de Civil da Cockrell School of Engineering, Engenharia Arquitetônica e Ambiental. "Esses canais facilitam o transporte rápido de moléculas que você deseja, como água, e bloqueie aqueles que você não quer, como sal. "

p Os canais de água artificiais da equipe de pesquisa podem desempenhar as mesmas funções que as aquaporinas, que são cruciais em um nível maior para a dessalinização, purificação de água e outros processos de separação de moléculas. E o fazem enquanto transportam água 2,5 vezes mais rápido do que as aquaporinas.

p Os canais artificiais têm três nanômetros de largura por três nanômetros de comprimento. Se compactado densamente na membrana de tamanho correto, os canais podem passar cerca de 80 quilogramas de água por segundo por metro quadrado de membrana, ao mesmo tempo que rejeita sais e prótons a taxas muito maiores do que as atuais membranas de dessalinização comerciais são capazes.

p "Esses canais artificiais, em essência, resolvem os desafios técnicos críticos de permitir que apenas as moléculas de água passem, enquanto excluem outros solutos como sal e prótons, "disse o professor Huaqiang Zeng do Departamento de Química da Universidade de Hainan e do Instituto de Síntese Avançada da Universidade Politécnica do Noroeste da China." Sua extraordinária velocidade de transporte de água e o fato de que esses canais permitem a fabricação de membrana mais simples sugerem que eles se tornarão um componente crucial de membranas de última geração para a produção de água limpa para lidar com a severa escassez que os seres humanos enfrentam neste século. "

p Os canais à base de aquaporina são tão pequenos que permitem que apenas uma única molécula de água passe por vez, como uma estrada de faixa única. Uma característica estrutural única nestes novos canais é uma série de dobras nos canais que criam "pistas adicionais, " por assim dizer, permitindo que as moléculas de água sejam transportadas mais rapidamente.

p "Você está indo de uma estrada secundária para uma rodovia em termos de velocidade de transporte aquático, enquanto mantém outras coisas de fora, colocando pequenos solavancos na estrada, "disse Aleksei Aksimentiev, um professor de física biológica da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign que colaborou na pesquisa.

p Kumar fez um curso ministrado por Aksimentiev sobre a física das nanomáquinas enquanto fazia seu doutorado. em engenharia ambiental na Universidade de Illinois. O curso, ele disse, foi tão desafiador quanto parece, e ele ainda se refere às suas anotações da aula anos depois.

p Eles trabalharam juntos em um papel quando Kumar era um estudante. E então quando ele se tornou professor, Aksimentiev o ajudou com o trabalho de simulação em outro papel. Por anos agora, eles têm colaborado no estudo dos canais de transporte de água.

p A equipe interdisciplinar conta com professores e pesquisadores de física de todo o mundo, engenheiro químico, farmacologia e muito mais. Pesquisadores vêm da UT Austin, Universidade de Illinois, Harvard Medical School, Hainan University e Northwestern Polytechnical University na China e NanoBio Lab em Cingapura.

p Zeng é o autor correspondente no artigo. Kumar liderou a parte de teste do projeto e Aksimentiev liderou o trabalho de simulação.

p No início deste ano, Kumar se uniu a pesquisadores da Penn State University em uma descoberta que lançou uma nova luz sobre como as membranas de dessalinização de água tradicionais funcionam. Eles descobriram que a uniformidade em toda a membrana acelera o transporte de água e melhora o processo de filtragem do sal.

p Este novo trabalho, Kumar diz, leva esse conceito a outro nível. Esses canais podem ter apenas um tamanho para se encaixar nas moléculas de água desejadas, enquanto pressiona outras moléculas indesejadas.

p Daqui para frente, a equipe planeja usar esses canais de água artificiais para fabricar membranas de osmose reversa de última geração para converter água do mar em água potável.