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Biomimetic Ultrathin Structures as a Multipurpose Platform for Nanotechnology-Based Products

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Nanomembrane che imitano le membrane cellulari naturali

Alcuni scienziati finanziati dall'UE hanno sviluppato nuove membrane ultra sottili con canali altamente organizzati che imitano la struttura della membrana cellulare. Le applicazioni vanno dalla tecnologia della pila a combustibile alla diagnostica medica e l'elaborazione delle informazioni.

Tecnologie industriali

Le cellule biologiche separano l'ambiente intracellulare da quello extracellulare, comprese le specie caricate (come gli ioni e i protoni di idrogeno) presenti in entrambi. Usano poi il gradiente elettrochimico per guidare i flussi quando i canali selettivi sono aperti nella membrana. Questi specifici flussi di ioni nelle cellule sono importanti per la segnalazione cellulare. I processi di separazione sono critici inoltre per numerose sfide industriali e ambientali. Gli scienziati hanno dato vita al progetto MULTIPLAT ("Biomimetic ultrathin structures as a multipurpose platform for nanotechnology-based products"), finanziato dall'UE, per sfruttare le capacità della natura a questo riguardo. Un'applicazione fondamentale è la pila a combustibile. Le pile a combustibile con membrana a scambio di protoni (proton exchange membrane fuel cell o PEMFC) sono chiamate anche pile a combustibile a membrana elettrolitica polimerica. Producono elettricità attraverso la separazione e il flusso di specie caricate (elettroni e protoni) generalmente da combustibile idrogeno. I protoni dell'idrogeno passano da un elettrodo all'altro attraverso una membrana elettrolitica mentre gli elettroni passano attraverso un circuito esterno che genera elettricità. L'efficienza delle PEMFC è stata limitata da diversi fattori come la mancanza di organizzazione della membrana su nano scala che porta a una più bassa selettività e una maggiore resistenza al flusso. MULTIPLAT ha sviluppato piattaforme in nanomembrana per nuovi canali funzionalizzati artificialmente, canali biomimetici conduttori di ioni con una tecnologia di produzione innovativa. Gli scienziati hanno ottenuto un brevetto per questa tecnologia di produzione semplice ed efficiente. I nanocanali organizzati con le migliori prestazioni sono stati fatti di nanotubi in biossido di titanio (TiO2) isolati elettricamente. Questo ha permesso la formazione di strutture altamente organizzate nelle nanomembrane con una migliore conduttività (minore resistenza) rispetto alle caratteristiche attuali. Sono stati prodotti diversi dispositivi prototipi che mostrano parametri superiori rispetto ai dispositivi tradizionali delle stesse categorie. MULTIPLAT ha creato una piattaforma a nanomembrana multifunzionale con canali di ioni biomimetici funzionalizzati artificialmente di alta conduttività e specificità. Questa tecnologia è importante per le pile a combustibile e per una serie di dispositivi digitali microfluidici come quelli usati nella diagnostica medica e nell'elaborazione delle informazioni. La commercializzazione dovrebbe quindi influire positivamente sulla competitività dell'economia europea.

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