Pesquisadores do National Graphene Institute (NGI) criaram membranas "inteligentes" cuja "memória" pode ser usada em áreas como tecnologia de separação inteligente, gerenciamento de feridas, administração de medicamentos, sensores e dispositivos de memória.

"A história do desenvolvimento de membranas abrange mais de 100 anos e levou a uma revolução nos processos de separação industrial", diz o professor Rahul Raveendran Nair, presidente da Carlsberg/Royal Academy of Engineering Research e líder da equipe de estudo. "Nos últimos anos, tem havido algum esforço para fazer membranas que imitam estruturas biológicas, particularmente suas características 'inteligentes'."

Agora, em pesquisa publicada hoje na Nature , cientistas explicam como desenvolveram membranas inteligentes que podem alterar suas propriedades dependendo do ambiente e lembram como eram permeáveis ??antes. Isso significa que as membranas podem se adaptar a diferentes condições em seu ambiente e, mais importante, memorizar seu estado, um recurso que pode ser explorado em muitas aplicações diferentes.

Um fenômeno conhecido como histerese é a expressão mais comum de memória ou inteligência em um material. Refere-se à situação em que as propriedades atuais de um sistema são dependentes e relacionadas ao seu estado anterior. A histerese é comumente observada em materiais magnéticos. Por exemplo, um ímã pode ter mais de um momento magnético possível em cada campo magnético, dependendo do campo ao qual o ímã foi submetido no passado. A histerese raramente é vista, no entanto, no transporte molecular através de membranas artificiais.

"Criar soluções de água limpa simples e eficazes é um dos nossos maiores desafios globais. Este estudo mostra que insights fundamentais em nível molecular e materiais em nanoescala oferecem grande potencial para o desenvolvimento de membranas 'inteligentes' para purificação de água e outras aplicações", disse o professor Angelos Michaelides da Universidade de Cambridge.

Neste trabalho, a equipe de Manchester, em colaboração com cientistas da University of Cambridge, Xiamen University, Dalian University of Technology, University of York e National University of Singapore, desenvolveu membranas inteligentes baseadas em MoS 2 (um material bidimensional chamado molibdênio dissulfeto) que podem lembrar como eram permeáveis ??antes. Os pesquisadores mostraram que a forma como os íons e a água se infiltram nas membranas pode ser regulada pelo controle do pH externo.

As membranas imitam a função das membranas celulares biológicas e exibem comportamento histerético de transporte de água e íons em resposta ao pH, o que significa que elas se lembram do pH a que foram expostas antes. "Os efeitos de memória que vimos são exclusivos dessas membranas e nunca foram observados antes em nenhuma membrana inorgânica", disse o coprimeiro autor, Dr. Amritroop Achari, da Universidade de Manchester.

Os pesquisadores demonstraram que o efeito biomimético pode ser usado para melhorar a detecção autônoma de infecção de feridas. Para isso, eles colocaram as membranas em exsudato de ferida artificial, que simula o líquido produzido pelas feridas, e as submeteram a mudanças de pH. As membranas permitiram apenas a permeação do exsudato da ferida em níveis de pH relevantes para uma ferida infectada, permitindo assim que fossem usadas como sensores para detecção de infecção. Os pesquisadores dizem que as novas membranas também podem ser usadas em uma série de outras aplicações dependentes do pH, desde a nanofiltração até a imitação da função das células neuronais.

O coautor professor Kostya Novoselov, professor Langworthy na Escola de Física e Astronomia da Universidade de Manchester e professor do Centro de Materiais 2D Avançados da Universidade Nacional de Cingapura, disse: "A singularidade desta membrana é que seu pH histerético A resposta pode ser vista como uma função de memória, que abre muitos caminhos interessantes para a criação de membranas inteligentes e outras estruturas. A pesquisa nessa direção pode desempenhar um papel fundamental no design de tecnologias inteligentes para o futuro."