Pesquisadores da Monash University desenvolveram um nanodispositivo mais rápido e eficiente para filtrar prótons e íons de metais alcalinos que ajudarão a projetar membranas de próxima geração para tecnologia de energia limpa, conversão e armazenamento.
O novo nanodispositivo funciona com precisão em escala atômica, enquanto gera sua própria energia por meio de eletrodiálise reversa.

No artigo publicado na revista Science Advances , uma equipe de pesquisadores liderada pelo professor australiano Laureate Fellow, Huanting Wang, da Monash University, descobriu que um dispositivo nanofluídico de estrutura metal-orgânica (MIL-53-COOH) imita as funções dos canais biológicos de potássio de retificação interna e retificação externa canais de prótons.

"Isso tem importantes implicações no mundo real, particularmente para projetar membranas de próxima geração para tecnologia de energia limpa, conversão e armazenamento de energia, mineração e fabricação sustentáveis, com aplicações específicas em recuperação de ácidos e minerais", diz o professor Wang, que liderou o projeto com pesquisador Dr. Jun Lu do Departamento de Engenharia Química e Biológica da Universidade Monash.

Os canais de potássio são o tipo mais amplamente distribuído de canais iônicos e são encontrados em praticamente todos os organismos vivos. O transporte direcional ultrarrápido de íons com precisão em escala atômica é uma das principais funções dos canais iônicos biológicos nas membranas celulares.

Esses canais iônicos biológicos mantêm cooperativamente o equilíbrio de eletrólitos e pH através das membranas celulares, que são essenciais para as atividades fisiológicas das células.

Por exemplo, o distúrbio da concentração de eletrólitos nas células, especialmente para os íons carregados positivamente, como potássio, sódio e próton, é reconhecido por ter uma ligação direta com algumas doenças, como a epilepsia.

Inspirados por essas funções, dispositivos artificiais de nanocanais construídos a partir de materiais porosos têm sido amplamente estudados para a investigação experimental do transporte de íons nanofluídicos para alcançar as propriedades de transporte íon-específicas observadas em canais de íons biológicos.

Por exemplo, nanotubos de carbono, grafeno, polímeros e estruturas metal-orgânicas (MOFs) têm sido usados ​​para construir poros do tamanho de nanômetros para imitar o transporte iônico e molecular em escala atômica de canais de íons biológicos.

No entanto, a descoberta do transporte contradirecional de retificação ultrarrápida bioinspirada de prótons e íons metálicos não foi relatada até agora.

"O comportamento de transporte retificador íon-específico sem precedentes encontrado em nosso dispositivo nanofluídico de polímero metal-orgânico (MIL-53-COOH) é atribuído a dois mecanismos distintos para íons metálicos e prótons, explicados por simulações teóricas. projetando canais iônicos artificiais, o que é importante para os campos da nanofluídica, membrana e ciência das separações", diz o professor Wang.

"Esta é uma descoberta fundamental empolgante e esperamos que estimule mais pesquisas nessas áreas importantes", diz o professor Wang. + Explorar mais

Reduzindo transistores iônicos ao limite máximo