Fysiker från École Normale Supérieure och Paris Science and Letters University i Frankrike har teoretiskt bevisat att aktiv siktning, i motsats till dess passiva motsvarighet, kan förbättra separationsförmågan hos filtreringssystem. Dessa nya synpunkter på hur aktiv siktning kan förbättra system som de som används vid vattenrening och dialys rapporterades denna vecka i Journal of Chemical Physics . Aktiv siktning har också potential att filtrera molekyler baserat på rörelsedynamik, öppnar upp en helt ny väg inom membranvetenskapen baserad på förmågan att justera osmotiskt tryck.

Silar, från köksdurkslag till komplexa dialysmaskiner, alla har "passiva" porer för att filtrera bort oönskade molekyler från den önskade produkten. Även om silning av spaghetti är ett enkelt exempel, filtrering av specifika molekyler på nanoskalanivå för biomedicinska tillämpningar och för produktion av rent vatten är en komplex och kostsam process. Eventuella förbättringar av denna process är föremål för mycket utredning.

Aktiv siktning ersätter de passiva hålen i en sikt med dörrliknande öppningar som öppnas och stängs enligt externa kommandon. Dessa aktiva porer kan exakt skilja mellan molekyler och slås på och av beroende på de exakta siktningsförhållandena. Därför, aktiv siktning ger en nivå av dynamisk kontroll som vi inte har i nuvarande filtreringssystem.

Forskarna undersökte några typer av externa kommandon för att kontrollera dörrarna till en sils porer, inklusive en mekanisk "skakning" och en elektrisk signal för att ändra laddningen som skyddar dörröppningarna.

"Vi har satt ihop ett allmänt ramverk för att beskriva hål i membranet som har någon form av dynamisk aspekt som du kan modifiera externt, " sa Sophie Marbach vid École Normale Supérieure. "Det är ett spännande förslag eftersom det är ett nytt koncept och vi vet inte vad det kommer att leda till."

En av möjligheterna är att molekyler aktivt kan sorteras, dvs. sortera de snabbrörliga molekylerna separat från de långsamma baserat på deras dynamiska egenskaper. Detta skulle vara till hjälp för att göra fina skillnader mellan mycket liknande molekyler och är redan känt för att förekomma i naturen. Till exempel, KscA-poren, en kaliumkanal som finns i jordbakterier, tros välja kalium med hjälp av dess hastighet för att skilja det från det mycket lika stora och laddade natriumet.

Det "osmotiska trycket" i ett filter är avgörande för att molekyler ska kunna röra sig genom nanoporerna, men aktivt förändrade porer förändrar det osmotiska trycket och ändrar status quo. Detta tyder på att inställningen av det osmotiska trycket skulle kunna utnyttjas för att ytterligare utveckla siktningstekniker.

"Eftersom det teoretiska ramverket är i ett tidigt skede är det inte självklart att veta konsekvenserna av vad som kommer att hända, " sa Marbach. "Det finns många teoretiska frågor kvar."