En tvärvetenskaplig grupp ingenjörer och forskare har upptäckt en ny metod för vattenfiltrering som kan ha konsekvenser för en mängd olika tekniker, såsom avsaltningsanläggningar, andningsbara och skyddande tyger, och kolavskiljning i gasseparationer. Forskargruppen, ledd av Manish Kumar i Cockrell School of Engineering vid University of Texas i Austin, publicerade sina fynd i det senaste numret av Naturnanoteknik .

Studien, som samlade forskare från UT Austin, Penn State University, University of Tennessee, Fudan University och University of Illinois i Urbana-Champaign, inspirerades inledningsvis av hur våra celler transporterar vatten genom kroppen och började som ett försök att utveckla artificiella kanaler för att transportera vatten över membran. Syftet var att efterlikna akvaporiner, väsentliga membranproteiner som fungerar som vattenkanaler och finns i vissa celler. Aquaporins är snabba och effektiva vattenfiltreringssystem. De bildar porer i cellmembranen i olika delar av kroppen - ögon, njurar och lungor - där vatten är mest efterfrågat.

Kumar och teamet lyckades inte spegla aquaporinsystemet exakt som planerat. Istället, de upptäckte en ännu mer effektiv vattenfiltreringsprocess. Till skillnad från kroppens enskilda aquaporin -celler, som fungerar effektivt oberoende av varandra, membranen som utvecklats av Kumars forskargrupp fungerade inte bra ensamma.

Men, när han kombinerade flera av dem för att skapa nätverk av "vattentrådar, "de var mycket effektiva vid vattentransport och filtrering. Vattentrådar är tätt sammankopplade kedjor av vattenmolekyler som rör sig exceptionellt snabbt, som ett tåg och dess enskilda bilar.

"Vi försökte kopiera den redan komplicerade vattentransportprocessen som används av aquaporiner och snubblade på en helt ny, och ännu bättre, metod, "sa Kumar, docent vid Cockrell School's Department of Civil, Arkitekt- och miljöteknik. "Det var helt serendipitöst. Vi hade ingen aning om att det skulle hända."

Dessa nätverk av konstgjorda membran kan visa sig vara användbara för att separera salt från vatten, en filtreringsprocess som för närvarande är ineffektiv och kostsam. Det nya membranet har visat imponerande avsaltningsegenskaper, uppvisar mycket mer selektivt salt och förmodligen annat avlägsnande av föroreningar jämfört med befintliga processer.

"Vår metod är tusen gånger effektivare än nuvarande avsaltningsprocesser vad gäller dess selektivitet och permeabilitet, "Sa Kumar." För varje tio, 000 saltvattenmolekyler som passerar genom nuvarande avsaltningssystem, en saltmolekyl kanske inte filtreras bort. Med vår nya membranteknologi, en saltmolekyl för varje 10 miljoner vattenmolekyler skulle inte filtreras bort, samtidigt som en vattentransporthastighet är jämförbar med eller bättre än nuvarande membran. "

Under hela sin karriär, Kumar har fokuserat på att utveckla material och processer som tar funktionen hos biologiska molekylära modeller och tillämpar dem i tekniska skalor.

"Det är svårt att ens effektivt efterlikna komplexiteten i hur människokroppen fungerar, särskilt på molekylär nivå, "sa han." Den här gången, dock, naturen var utgångspunkten för en ännu större upptäckt än vi någonsin kunnat hoppas på. "