Une équipe dirigée par le Dr Sherif El-Safty, Laboratoire de recherche exploratoire sur les matériaux pour l'énergie et l'environnement, Institut national des sciences des matériaux (NIMS ; Japon), ont fabriqué des nanotubes de silice (NT) à cage en mosaïque serrée à l'intérieur de membranes d'alumine anodique (AAM) en tant que nanofiltre candidat prometteur pour la séparation par exclusion de taille à grande vitesse (en quelques secondes) de macromolécules à haute concentration.

À ce jour, la séparation des protéines en groupes et tailles relativement homogènes a été très importante dans les produits biopharmaceutiques et les médicaments. Du point de vue pratique, les exigences pour ces applications incluent une mise à l'échelle facile, séparation rapide, aptitude à des volumes de production élevés, et à faible coût. Techniquement, la conception de membranes filtrantes extrêmement robustes sans formation d'espaces d'air entre les nanocanaux membranaires est un défi restant, comme les lacunes des pores réduisent non seulement le potentiel des systèmes de nanofiltration à exclusion de taille, mais aussi limiter la stabilité au stockage à long terme des NTs, rendant le stockage difficile même pendant un mois.

Pour un contrôle pratique des membranes de nanofiltres en mosaïque, une approche générale basée sur des structures de mésocages tridimensionnelles (3D) densément conçues à l'intérieur des TN de silice a été adoptée. Dans cette conception, Le revêtement de surface multifonctionnel des canaux de pores de l'AAM a facilité la production de séquences construites extrêmement robustes de membranes en tant que « vrais nanofiltres » sans « pores de détachement » (espaces d'air) entre les nanotubes fabriqués à l'intérieur de l'AAM. L'approche utilisée par l'équipe NIMS est idéale pour construire des architectures à structure tubulaire à l'intérieur de membranes à alignement vertical, surfaces ouvertes des extrémités haut-bas, connectivité multidirectionnelle (3D) des pores, et stabilité, qui sont prometteuses pour une application aux systèmes de nanofiltres.

La clé de ce développement était le fait que le système de nanofiltres sépare efficacement les macromolécules telles que les protéines de différentes tailles sur une large, plage de concentration réglable. Bien que les processus conventionnels nécessitent jusqu'à 12 heures ou plus, cette technique fournit un processus de filtration rapide qui réalise la filtration en quelques secondes, malgré l'effet bloquant des protéines lors du processus de filtration.

Les propriétés intrinsèques de la conception NIMS (durée de vie ou stabilité à long terme, efficacité de séparation, réutilisabilité) sont des avantages importants par rapport aux techniques conventionnelles de nanofiltrage de protéines utilisées à ce jour. De tels avantages seront essentiels au développement d'une approche de fabrication avec le potentiel de devenir la méthode optimale pour la conception de nanofiltres pour la filtration et le transport moléculaire de plusieurs espèces.

Les résultats de cette recherche ont démontré que l'approche NIMS offre un outil alternatif rapide et économique aux méthodes actuelles d'analyse de macromolécules. Ce développement offre également de nouvelles perspectives dans la conception de contrôle d'appareils dans les domaines de l'électronique, capteurs, et d'autres nanotechnologies.