Pour séparer les molécules, un filtre de type « passoire » est généralement utilisé (côté gauche). Un nouveau type de filtre, où les trous du tamis peuvent être activés est exploré. (Côté droit) Grâce à une entrée d'alimentation externe, les trous du tamis (ici les portes) peuvent être ouverts et fermés. Cette entrée d'alimentation joue le rôle d'un démon Maxwell fou - semblable à un videur. Crédit :Sophie Marbach
Des physiciens de l'École Normale Supérieure et de l'Université Paris Sciences et Lettres en France ont prouvé théoriquement que le tamisage actif, contrairement à son homologue passif, peut améliorer les capacités de séparation des systèmes de filtration. Ces nouveaux points de vue sur la façon dont le tamisage actif pourrait améliorer les systèmes tels que ceux utilisés dans la purification de l'eau et la dialyse ont été rapportés cette semaine dans Le Journal de Physique Chimique . Le tamisage actif a également le potentiel de filtrer les molécules en fonction de la dynamique du mouvement, ouvrant une toute nouvelle voie dans le domaine de la science des membranes basée sur la capacité d'ajuster la pression osmotique.
Tamis, des passoires de cuisine aux machines de dialyse complexes, tous ont des pores "passifs" pour filtrer les molécules indésirables du produit souhaité. Bien que l'égouttage des spaghettis soit un exemple simple, le filtrage de molécules spécifiques à l'échelle nanométrique pour des applications biomédicales et pour la production d'eau propre est un processus complexe et coûteux. Toute amélioration de ce processus fait l'objet de nombreuses recherches.
Le tamisage actif remplace les trous passifs d'un tamis par des ouvertures en forme de porte qui s'ouvrent et se ferment selon les commandes externes. Ces pores actifs peuvent distinguer précisément les molécules et être activés et désactivés en fonction des conditions exactes de tamisage. Par conséquent, le tamisage actif donne un niveau de contrôle dynamique que nous ne possédons pas dans les systèmes de filtration actuels.
Les chercheurs ont étudié quelques types de commandes externes pour contrôler les portes des pores d'un tamis, y compris une « secousse » mécanique et un signal électrique pour changer la charge gardant les portes.
"Nous avons mis en place un cadre général pour décrire les trous dans la membrane qui ont une sorte d'aspect dynamique que vous pouvez modifier de l'extérieur, " a déclaré Sophie Marbach à l'École Normale Supérieure. " C'est une proposition passionnante parce que c'est un nouveau concept et on ne sait pas à quoi il va mener. "
L'une des possibilités est que les molécules pourraient être activement triées, c'est à dire., trier les molécules rapides séparément des lentes en fonction de leurs propriétés dynamiques. Cela serait utile pour faire des distinctions fines entre des molécules très similaires et est déjà connu pour se produire dans la nature. Par exemple, le pore KscA, un canal potassique présent dans les bactéries du sol, est pensé pour sélectionner le potassium en utilisant sa vitesse pour le distinguer du sodium de taille et de charge très similaire.
La "pression osmotique" d'un filtre est essentielle pour que les molécules se déplacent à travers les nanopores, mais la modification active des pores modifie la pression osmotique et modifie le statu quo. Cela suggère que le réglage de la pression osmotique pourrait être exploité pour faire évoluer davantage les techniques de tamisage.
"Parce que le cadre théorique est à un stade précoce, il n'est pas évident de connaître les conséquences de ce qui va se passer, " a déclaré Marbach. " Il y a beaucoup de questions théoriques qui traînent. "
