Donde los investigadores que trabajaron con materiales bidimensionales y aquellos que trabajaron con membranas alguna vez estuvieron separados, las oportunidades sinérgicas están dando como resultado nuevos desarrollos emocionantes, un profesor de ingeniería química y biomolecular de la Universidad de Vanderbilt ha opinado y probado
en una revisión publicada a principios de este año en Materiales avanzados , el profesor asistente de ingeniería química y biomolecular Piran Kidambi y su equipo exploraron un nuevo interés en el uso de materiales de un solo átomo de espesor para aplicaciones de membranas. Explicaron el panorama sobre cómo evolucionó y avanzó la tecnología y cómo el campo está listo para colaboraciones.La hoja de ruta tecnológica sugirió que la investigación sobre materiales y membranas bidimensionales alguna vez fueron campos separados, pero las oportunidades sinérgicas están dando como resultado nuevos desarrollos emocionantes en su intersección.
Kidambi y su equipo aplicaron más recientemente esa superposición en su propio trabajo para abordar algunos de los desafíos más críticos en la investigación de membranas: lograr membranas de alto flujo sin comprometer el rendimiento de la filtración.
El equipo inicialmente se centró en desarrollar métodos para formar directamente agujeros a nanoescala en un material atómicamente delgado. El equipo redujo la temperatura durante el grafeno y descubrió que esto daba como resultado agujeros a nanoescala: átomos de carbono faltantes de la capa bidimensional de ellos unidos enuna celosía hexagonal.
"Me recordó a bajar la temperatura mientras horneaba un pastel de chocolate para obtener una textura diferente", dijo Kidambi.
Sin embargo, el grafeno atómicamente delgado con orificios a nanoescala tenía que ser soportado para formar una membrana. El equipo recurrió a técnicas de fabricación de membranas de polímero convencionales y decidió extender una capa delgada de polímero sobre el grafeno nanoporoso y sumergió la pila en un baño de agua.
La inmersión transformó el polímero en una capa de soporte porosa con grafeno en la parte superior, formando efectivamente una membrana atómicamente delgada.
"Continuando con la analogía del horneado, esto fue como una masa que se transforma en pan poroso, la capa de polímero de soporte".
El equipo usó estas membranas atómicamente delgadas para demostrar la separación de sal y moléculas pequeñas de proteínas pequeñas.
"La mayoría de las membranas comerciales logran la separación en rangos de tamaño pequeños al hacer una capa de polímero denso de varios micrones de espesor con poros tortuosos", dijo Kidambi. "La difusión a través de estas capas es muy lenta. Aquí, creamos membranas que tienen un átomo de espesory muestran una permeabilidad mucho más alta, hasta 100 veces mayor que las membranas de diálisis comerciales de última generación, específicamente en el rango de corte de bajo peso molecular.
"Creemos que estas membranas podrían ofrecer avances transformadores para la separación de moléculas pequeñas, purificación química fina, intercambio de tampones y una serie de otros procesos, incluida la diálisis a escala de laboratorio".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Vanderbilt . Original escrito por Heidi Hall. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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