Membranas autoensambladas de separación
La separación de componentes en líquidos y gases es un proceso importante en varios campos, incluyendo las ciencias ambientales, la medicina, la biotecnología y la síntesis química. Un método de separación consiste en utilizar una membrana polimérica con estructura de poros y química de superficie adaptadas exprofeso a la tarea específica. Unos componentes pasan a través de la membrana y otros no. El proyecto «Self-assembled polymer membranes» (Selfmem), financiado por la Unión Europea, se propuso desarrollar nuevas membranas ultradelgadas isoporosas (es decir, con todos los poros aproximadamente del mismo tamaño) de nanoestructura controlada a partir del autoensamblaje de copolímeros en bloque. Los investigadores además añadieron funcionalidades a las membranas ya formadas tratándolas químicamente. Las membranas resultantes podrían aplicarse a la purificación de agua y a la separación de proteínas y gases (hidrógeno/dióxido de carbono). El autoensamblaje es un proceso importante por medio del cual diversas fuerzas moleculares y atómicas de atracción y repulsión dan lugar a la formación de supraestructuras. Entre las estructuras autoensambladas presentes en la naturaleza se encuentran las membranas celulares o bicapas lipídicas, el ADN y las configuraciones proteínicas tridimensionales. Selfmem aprovechó los copolímeros sintéticos en bloque que forman nuevas membranas por autoensamblaje guiado en películas delgadas y sobre distintos substratos inorgánicos y los usó como plantilla para grabar poros en posiciones escogidas. Los científicos usaron el autoensamblaje de los copolímeros en bloque para sintetizar membranas ultradelgadas (membranas nanoporosas de silicio) con porosidad densa y controlada y grosor nanoscópico, tanto orgánicas (poliméricas) como inorgánicas (basadas en silicio). Las membranas orgánicas son dúctiles, mientras que las inorgánicas son estables aun en condiciones de temperatura y presión altas. Las membranas sintetizadas demostraron tener propiedades de filtración muy prometedoras, y la funcionalización post-proceso podría abrir la puerta a numerosas aplicaciones. Se optimizaron técnicas de micro y nanofabricación para producir membranas nanoporosas de silicio a escala de oblea y se amplió su escala de aplicación. Además, se integraron estas membranas a módulos funcionales fluídicos y de filtración que podrían usarse para separar (bio)moléculas, para lograr ultrafiltración o para construir sensores. El proyecto dio lugar a la solicitud de cuatro patentes y a una serie de investigaciones complementarias para desentrañar el potencial de las membranas isoporosas en nanotoxicología, administración de medicamentos y diagnóstico. Los hallazgos fueron publicados en numerosos artículos en revistas científicas con evaluación por pares y sirvieron como material para seis tesis doctorales. Selfmem ha hecho una contribución significativa al entendimiento y la caracterización de las membranas nanoporosas producidas por el autoensamblaje de copolímeros en bloque. Su utilización por parte de la industria de investigación y desarrollo sin duda fortalecerá la posición de la Unión Europea en mercados estratégicos como el tratamiento de aguas, la biología molecular y la purificación de gases.
