Învață Membranele să Se Sorteze prin Afilitate Chimică cu Ajutorul Învățării Automate
Pe 13 noiembrie 2025, o echipă de cercetători de la Universitatea Cornell a dezvăluit o inovație revoluționară în domeniul membranelor de ultrafiltrare, care până acum se bazau pe separarea moleculelor în funcție de dimensiune. Aceștia au combinat micellele de copolimer bloc chimic distincte pentru a crea materiale poroase capabile să filtreze moleculele după compoziția lor chimică. Această cercetare, publicată în revista Nature Communications, deschide noi orizonturi în tehnologiile de separare chimică.
Unul dintre problemele majore cu care se confruntă tehnologia curentă de ultrafiltrare este dificilitatea separării moleculelor de dimensiuni și greutăți identice, dar cu chimii diferite. Studiul evidențiază cum micellele autoasamblante pot fi utilizate în dezvoltarea membranelor care să filtreze selecțiv în funcție de afinitatea chimică. Ulrich Wiesner, profesor la Departamentul de Știința Materialelor și Inginerie, afirmă că această metodă ar putea revoluționa procesele industriale legate de ultrafiltrare.
Selecția Chimică prin Inspirarea din Natură
Investigând modul în care interacțiunile între micelle influențează autoasamblarea acestora, Lilly Tsaur, liderul echipei de cercetare, a demonstrat că prin amestecarea a până la trei copolimeri distincti, pot controla structura chimică a porilor membranei. Astfel, zidurile porilor devin capabile să discrimineze între molecule similare, inspirându-se din canalele proteice din celule care recunosc ioni metalici pe baza chimiei pereților lor.
Wiesner subliniază că, deși conceptul este simplu teoretic, aplicația practică a fost extrem de provocatoare. Identificarea chimiei diferitelor micelle în stratul superior de separație a necesitat cercetări complexe și tehnici avansate de imagistică.
Imaginarea și Modelarea Membranelor
Această cercetare a fost sprijinită de utilizarea microscopiei electronice de scanare, prin care Tsaur a analizat sute de mostre pentru a observa aranjamentul micellelor. Deoarece imagistica nu a putut identifica cu ușurință chimia, s-au folosit tehnici avansate de învățare automată pentru a detecta și caracteriza modelele porilor creati de diferitele tipuri de micelle.
Fernando A. Escobedo, co-autor al studiului, a rulat simulări moleculare pentru a determina regulile care guvernează modul în care micellele se auto-organizează, evidențiind complexitatea procesului datorită numărului mare de micelle și tendinței acestora de a se aduna în stări de echilibru relativ îndepărtate.
Impactul și Aplicațiile Viitoare
Acest studiu se bazează pe progresele anterioare ale grupului Wiesner în autoasamblarea copolimerilor bloc, care au dus la înființarea Terapore Technologies, o companie start-up ce folosește acest proces pentru a fabrica membrane de ultrafiltrare ieftine ce separă virusuri din biopharmaceuticale. Noile inovații din această cercetare ar putea permite firmelor să adapteze procesele de fabricație pentru a produce membrane care să efectueze separări pe baza programării chimiei suprafeței porilor.
Wiesner accentuează că metoda dezvoltată are potențialul de a schimba paradigmatic operațiunile bazate pe ultrafiltrare și de a deschide noi oportunități pentru utilizarea membranelor în diverse aplicații, inclusiv în crearea de materiale inteligente, care pot reacționa la mediu, și biosenzori care detectează molecule specifice.
Cercetările continuă, grupul urmând să dezvolte metode de explorare mai profundă a stratului de separație superior al acestor materiale pentru a înțelege modul în care pattern-urile chimice se extind și în adâncimea materialului.
Inovația propusă în această publicație anunță un viitor promițător nu doar pentru tehnologia de filtrare, ci și pentru dezvoltarea unor materiale cu proprietăți inovatoare, demonstrând astfel impactul semnificativ pe care cercetarea avansată îl poate avea asupra industriilor moderne.
