Membrane autoassemblate per la separazione
La separazione dei componenti di liquidi e gas è un processo importante in diversi settori, incluse scienze ambientali, medicina, biotecnologia e chimica sintetica. Un metodo prevede l'uso di una membrana polimerica con pori strutturati e una chimica superficiale adattata nello specifico al compito da eseguire. Alcuni componenti passano, mentre altri no. L'obiettivo del progetto Selfme ("Self-assembled polymer membranes"), finanziato dall'UE, era sviluppare nuove membrane isoporose ultrasottili con nanostruttura controllata in base all'autoassemblaggio dei copolimeri a blocchi. I ricercatori puntavano inoltre a conferire ulteriori funzionalità tramite post-trattamento chimico. Tra le applicazioni di interesse vi erano la depurazione dell'acqua e la separazione di proteine e gas (idrogeno/biossido di carbonio). L'autoassemblaggio è un processo importante grazie al quale diverse forze di attrazione e repulsione molecolari e atomiche causano la formazione di sovrastrutture. Le strutture autoassemblate esistono in natura e includono una membrana cellulare a doppio strato lipidico, DNA e conformazioni proteiche tridimensionali (3D). Selfmem ha sfruttato le nuove possibili membrane tramite autoassemblaggio guidato di copolimeri a blocchi sintetici dalla soluzione fino ai film sottili e sopra diversi substrati inorganici come modelli per un attacco selettivo dei pori. Gli scienziati hanno sintetizzato sia membrane organiche (polimeriche) che inorganiche (a base di silicio) ultrasottili (membrane di silicio nanoporose, NSiM) con porosità e spessore controllati e densi su scala nanometrica usando l'autoassemblaggio dei copolimeri a blocco. Le membrane organiche sono duttili, mentre quelle inorganiche sono stabili in condizioni di temperature e pressioni elevate. Le membrane hanno dimostrato proprietà di filtraggio molto promettenti e le funzionalizzazioni post-lavorazione hanno aperto la strada a diverse applicazioni. Le tecniche di micro e nanofabbricazione per la produzione su scala di wafer di NSiM sono state ottimizzate e migliorate. Inoltre, le NSiM sono state integrate in moduli fluidici e di filtraggio funzionali da applicare alla separazione di (bio)molecole, all'ultrafiltrazione o al rilevamento. Sono nati studi complementari sul potenziale delle membrane isoporose in nanotossicologia, somministrazione di farmaci e diagnostica e sono state presentate domande per quattro brevetti. Grazie ai risultati sono stati pubblicati vari articoli in riviste specializzate e sono state prodotte sei tesi di dottorato. Selfmem ha dato un contributo importante per capire e caratterizzare le membrane nanoporose prodotte tramite autoassemblaggio di copolimeri a blocchi. L'utilizzo da parte di ricerca e industria e uno sviluppo continuo rafforzeranno senza dubbio la posizione dell'UE nei mercati strategici, come il trattamento dell'acqua, la biologia molecolare e la depurazione del gas.