Membranes auto-assemblées pour la séparation
Séparer les composants dans les liquides et les gaz est un processus important dans un certain nombre de domaines, dont les sciences de l'environnement, la médecine, les biotechnologies et la chimie de synthèse. Il est notamment possible d'y parvenir en utilisant une membrane de polymère présentant des pores structurés et une chimie de surface spécialement adaptée à la tâche recherchée. Certains composants la traversent, d'autres non. Le projet Selfmem («Self-assembled polymer membranes») financé par l'UE visait principalement à mettre au point de nouvelles membranes isoporeuses ultra-minces présentant une nanostructure contrôlée fondée sur un auto-assemblage de copolymères séquencé. En outre, les chercheurs ont tenté d'imposer des fonctionnalités supplémentaires au moyen d'un post-traitement chimique. Parmi les applications d'intérêt, citons la séparation des protéines et des gaz (hydrogène/dioxyde de carbone) ainsi que la purification de l'eau. L'auto-assemblage est un processus important par lequel différentes forces d'attraction et de répulsion moléculaires et atomiques provoquent la formation de superstructures. D'origine naturelle, les structures auto-assemblées comprennent la membrane lipidique à deux couches des cellules, l'ADN et une conformation tridimensionnelle (3D) de protéines. Le projet Selfmem a exploité les nouvelles membranes possibles grâce à l'auto-assemblage guidé de copolymères séquencés synthétiques provenant d'une solution en films minces et sur différents substrats inorganiques comme modèles pour la gravure sélective de pores. Les scientifiques ont synthétisé des membranes organiques (polymères) et inorganiques (à base de silicium) ultra-minces (membranes de silicium nanoporeux) présentant une porosité et une épaisseur contrôlée et dense de l'ordre du nanomètre, en utilisant l'auto-assemblage des copolymères séquencés. Les membranes biologiques sont ductiles alors que les membranes inorganiques sont stables lorsque les températures et les pressions sont élevées. Les membranes ont présenté des propriétés de filtration très prometteuses et les fonctionnalisations de post-traitement ont ouvert la voie à de nombreuses applications. Les techniques de micro et de nanofabrication pour la production à l'échelle des plaquettes des membranes de silicium nanoporeux ont été optimisées et développées. En outre, les membranes de silicium nanoporeux ont été intégrées dans des modules fonctionnels fluidiques et de filtration en vue d'une application dans les domaines de la séparation des (bio)molécules, de l'ultrafiltration ou de la détection. Des recherches complémentaires ont été lancées en ce qui concerne le potentiel des membranes isoporeuses dans les domaines de la nanotoxicologie, de l'administration de médicaments et des diagnostics et de la présentation de quatre brevets. Les résultats ont permis la publication de nombreux articles dans des revues spécialisées et ont contribué aux travaux de six thèses de doctorat. Le projet Selfmem contribue de manière importante à la compréhension et à la caractérisation des membranes nanoporeuses produites par auto-assemblage de copolymères séquencés. L'adoption par la recherche et l'industrie et le développement continu permettront sans aucun doute de renforcer la position de l'UE sur des marchés stratégiques, tels que le traitement de l'eau, la biologie moléculaire et la purification des gaz.
