Nanotubos para superar la capacidad de filtración de agua de la naturaleza
Simplemente con el tamaño adecuado, los Nanotubos de carbono pueden filtrar el agua con mayor eficiencia que las proteínas biológicas, revela un nuevo estudio. Los resultados podrían abrir el camino a nuevos sistemas de filtración de agua, en un momento en que la demanda de agua dulce representa una amenaza global para el desarrollo sostenible.
A computer representation image showing a small diameter carbon nanotube porin embedded in a lipid membrane. This material relates to a paper that appeared in the Aug. 25,2017, issue of Science, published by AAAS. The paper, by R.H. Tunuguntla at Lawrence Livermore National Laboratory in Livermore, Calif., and colleagues was titled, "Enhanced water permeability and tunable ion selectivity in subnanometer carbon nanotube porins."
Y. Zhang, A. Noy, 2017
Una clase de proteínas biológicas, llamadas acuaporinas, es capaz de filtrar eficazmente el agua, si bien los científicos no han sido capaces de fabricar sistemas escalables que imiten esta capacidad. Las acuaporinas suelen presentar canales para filtrar las moléculas de agua con una anchura de 0,3 nanómetros, lo que obliga a las moléculas de agua a formar una cadena en fila india. En esta ocasión, Ramya H. Tunuguntla y sus colegas experimentaron con nanotubos de diferentes anchuras para ver cuáles eran mejores filtrando agua.
Sorprendentemente, descubrieron que los nanotubos de carbono con un ancho de 0,8 nanómetros superaron a las acuaporinas en eficiencia de filtrado en un factor de 6. Los poros de nanotubos de carbono (nCNTP) seguían siendo lo suficientemente delgados como para obligar a las moléculas de agua a formar una cadena en fila india.
Los investigadores atribuyen las diferencias entre acuaporinas y nCNTP a las diferencias en el enlace de hidrógeno -mientras que los residuos de revestimiento de los poros de las acuaporinas pueden donar o aceptar enlaces H de moléculas de agua entrantes, las paredes de CNTP no pueden formar enlaces H, lo que permite un flujo de agua sin obstáculos. Los nCNTP de este estudio mantuvieron una permeabilidad superior a la del agua salada típica, disminuyendo solo ante concentraciones de sal muy elevadas. Por último, el equipo descubrió que al cambiar las cargas en la boca del nanotubo se puede alterar la selectividad de iones. Este avance se destaca en un estudio de Perspective de Zuzanna Siwy y Francesco Fornasiero.
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