Nanomembrany naśladujące naturalne błony komórkowe
Błona biologiczna oddziela środowisko wewnątrzkomórkowe od zewnątrzkomórkowego, wraz z naładowanymi cząsteczkami (np. jonami i protonami wodoru) obecnymi w każdym z tych środowisk. Wykorzystuje ona gradient elektrochemiczny do sterowania przepływem, gdy w błonie otwarte są selektywne kanały. Takie specyficzne przepływy jonów w komórkach mają istotne znaczenie w sygnałowaniu komórkowym. Procesy separacji są też ważne w wielu technologiach przemysłowych i środowiskowych. Naukowcy zainicjowali finansowany ze środków UE projekt MULTIPLAT ("Biomimetic ultrathin structures as a multipurpose platform for nanotechnology-based products"), aby wykorzystać potencjał natury w tym zakresie. Głównym zastosowaniem są tu ogniwa paliwowe. Ogniwa paliwowe z membraną do wymiany protonów (PEMFC) są także nazywane ogniwami z membraną polimerowo-elektrolitową. Wytwarzają one prąd elektryczny poprzez separację i przepływ naładowanych cząsteczek (elektronów i protonów), najczęściej z paliwa wodorowego. Protony z paliwa wodorowego przechodzą z jednej elektrody do drugiej poprzez membranę elektrolityczną, a elektrony przechodzą przez obwód zewnętrzny, wytwarzając prąd elektryczny. Wydajność PEMFC była dotąd ograniczona ze względu na wiele czynników, w tym brak organizacji membran w skali nano, która prowadziła do obniżenia selektywności i zwiększonej odporności na przepływ. W ramach MULTIPLAT stworzono platformy nanomembranowe do nowych sztucznie funkcjonalizowanych, przewodzących jony kanalików biomimetycznych, wraz z innowacyjną technologią produkcji. Ta prosta i skuteczna technologia wytwarzania została objęta patentem. Zorganizowane nanokanaliki o najlepszej wydajności wykonano z elektrycznie izolowanych nanorurek z dwutlenkiem tytanu (TiO2). Pozwoliło to na uzyskanie wysoce zorganizowanych struktur w nanomembranach, charakteryzujących się zwiększoną przewodniością (mniejszym oporem) w porównaniu z obecnie stosowanymi rozwiązaniami. Zbudowano kilka prototypowych urządzeń, które cechują się lepszymi parametrami w porównaniu z konwencjonalnymi urządzeniami tej samej klasy. Uczestnicy MULTIPLAT stworzyli wielofunkcyjną platformę nanomembranową ze sztucznie funkcjonalizowanymi biomimetycznymi kanalikami jonowymi o wysokim współczynniku przewodnictwa i swoistości. Technologia ta może znaleźć zastosowanie w ogniwach paliwowych oraz wielu mikrocieczowych urządzeniach cyfrowych, w tym w diagnostyce medycznej i przetwarzaniu informacji. Jej komercjalizacja będzie miała zatem duże znaczenie dla konkurencyjności europejskiej gospodarki.
