Un groupe multidisciplinaire d'ingénieurs et de scientifiques a découvert une nouvelle méthode de filtration de l'eau qui pourrait avoir des implications pour une variété de technologies, comme les usines de dessalement, tissus respirants et protecteurs, et la capture du carbone dans les séparations de gaz. L'équipe de recherche, dirigé par Manish Kumar à la Cockrell School of Engineering de l'Université du Texas à Austin, ont publié leurs conclusions dans le dernier numéro de Nature Nanotechnologie .

L'étude, qui a réuni des chercheurs de l'UT Austin, Université d'État de Pennsylvanie, l'Université du Tennessee, l'Université de Fudan et l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign, a été initialement inspiré par la façon dont nos cellules transportent l'eau dans tout le corps et a commencé comme une tentative de développer des canaux artificiels pour transporter l'eau à travers les membranes. Le but était d'imiter les aquaporines, des protéines membranaires essentielles qui servent de canaux d'eau et se trouvent dans certaines cellules. Les aquaporines sont des systèmes de filtration d'eau rapides et efficaces. Ils forment des pores dans les membranes des cellules dans diverses parties du corps-yeux, les reins et les poumons, là où l'eau est la plus demandée.

Kumar et l'équipe n'ont pas réussi à reproduire le système d'aquaporine exactement comme prévu. Au lieu, ils ont découvert un procédé de filtration de l'eau encore plus efficace. Contrairement aux cellules aquaporines individuelles du corps, qui fonctionnent effectivement indépendamment les uns des autres, les membranes développées par le groupe de recherche de Kumar n'ont pas bien fonctionné seules.

Mais, lorsqu'il en associe plusieurs pour créer des réseaux de « fils d'eau, " ils étaient très efficaces pour le transport et la filtration de l'eau. Les fils d'eau sont des chaînes de molécules d'eau densément connectées qui se déplacent exceptionnellement rapidement, comme un train et ses voitures individuelles.

"Nous essayions de copier le processus de transport de l'eau déjà compliqué utilisé par les aquaporines et sommes tombés sur un tout nouveau, et encore mieux, méthode, " dit Kumar, professeur agrégé au Département de civilité de la Cockrell School, Génie de l'architecture et de l'environnement. "C'était complètement fortuit. Nous n'avions aucune idée que cela arriverait."

Ces réseaux de membranes artificielles pourraient s'avérer utiles pour séparer le sel de l'eau, un procédé de filtration actuellement inefficace et coûteux. La nouvelle membrane a montré des propriétés de dessalement impressionnantes, présentant un sel beaucoup plus sélectif et probablement une élimination d'autres contaminants par rapport aux procédés existants.

« Notre méthode est mille fois plus efficace que les procédés de dessalement actuels en termes de sélectivité et de perméabilité, " Kumar a dit. " Pour chaque 10, 000 molécules d'eau salée qui transitent par les systèmes de dessalement actuels, une molécule de sel peut ne pas être filtrée. Avec notre nouvelle technologie membranaire, une molécule de sel pour 10 millions de molécules d'eau ne serait pas filtrée, tout en maintenant un taux de transport d'eau comparable ou meilleur que les membranes actuelles."

Pour toute sa carrière, Kumar s'est concentré sur le développement de matériaux et de processus qui prennent la fonctionnalité des modèles moléculaires biologiques et les appliquent à des échelles d'ingénierie.

"Il est même difficile d'imiter efficacement les complexités du fonctionnement du corps humain, surtout au niveau moléculaire, " dit-il. " Cette fois, cependant, la nature a été le point de départ d'une découverte encore plus grande que ce que nous aurions pu espérer."