Människokroppen har ett otroligt effektivt och sofistikerat system för att transportera vatten och näringsämnen genom sitt stora nätverk av celler och vävnader. Detta system, känt som cirkulationssystemet, består av hjärtat, blodkärlen och blodet. Genom att förstå mekanismerna bakom denna naturliga process har forskare kunnat hämta inspiration till att utveckla innovativa filtreringsmetoder med långtgående tillämpningar.

1. Filtrering genom membran :

Det mänskliga cirkulationssystemet är beroende av semipermeabla membran, såsom väggarna i kapillärerna, för att möjliggöra utbyte av vatten och näringsämnen mellan blodomloppet och de omgivande vävnaderna. Inspirerade av detta koncept har forskare utvecklat filtreringsmembran med specifika porstorlekar som selektivt tillåter vatten att passera igenom samtidigt som de blockerar föroreningar. Denna princip är grundläggande i vattenreningssystem, omvänd osmos och hemodialys.

2. Selektivt tryck :

Cirkulationen av blod i våra kroppar drivs av hjärtats pumpverkan, vilket skapar tryckgradienter som underlättar vätskans rörelse. På liknande sätt, i filtreringsprocesser, används tryck för att tvinga vatten genom membran, vilket lämnar föroreningar efter sig. Denna teknik används vanligtvis i mikrofiltrering, ultrafiltrering och nanofiltreringssystem.

3. Elektrodialys :

Elektrodialys är en separationsprocess som använder semipermeabla membran och en elektrisk potential för att avlägsna joner och andra laddade partiklar från vatten. Denna teknik hämtar inspiration från människokroppens förmåga att transportera joner över cellmembran genom jonkanaler och pumpar. Elektrodialys hittar tillämpningar inom avsaltning, rening av avloppsvatten och livsmedelsbearbetning.

4. Biomimik i filtreringsmaterial :

Forskare undersöker också efterlikningen av naturliga material som finns i cirkulationssystemet för att förbättra filtreringsprestandan. Till exempel har de unika egenskaperna hos hemoglobin, det syrebärande proteinet i vårt blod, inspirerat utvecklingen av biomimetiska membran för effektiv syreseparation och filtrering i gasseparationsprocesser.

5. Mikrofluidik :

Mikrofluidsystem, som involverar manipulering av små volymer av vätskor i mikrokanaler, har påverkats av det invecklade nätverket av blodkärl i våra kroppar. Genom att efterlikna kapillärernas komplicerade förgreningsmönster möjliggör mikrofluidikanordningar exakt kontroll, blandning och separation av vätskor för olika applikationer, såsom medicinsk diagnostik, kemisk syntes och läkemedelstillförsel.

Studiet av vattentransportmekanismer i människokroppen fortsätter att ge värdefulla insikter och inspiration för området filtrering. Forskare utforskar ständigt nya koncept och material som kan revolutionera vattenrening, avloppsvattenrening och andra industriella processer, vilket gör dem mer effektiva och hållbara.