La forma en la que transportamos agua en el cuerpo inspira un nuevo método de filtración de agua

Un grupo multidisciplinario de ingenieros y científicos ha descubierto un nuevo método para la filtración de agua que podría tener implicaciones para una variedad de tecnologías, como plantas de desalinización, tejidos transpirables y protectores, y captura de carbono en separaciones de gases. El equipo de investigación, dirigido por Manish Kumar en la Escuela de Ingeniería Cockrell de la Universidad de Texas en Austin, publicó sus hallazgos en el último número de Nature Nanotechnology.

El estudio, que reunió a investigadores de UT Austin, Penn State University, University of Tennessee, Fudan University y University of Illinois en Urbana-Champaign, se inspiró inicialmente en la forma en que nuestras células transportan agua por todo el cuerpo y comenzó como un intento para desarrollar canales artificiales para transportar agua a través de las membranas. El objetivo era imitar las aquaporinas, proteínas de membrana esenciales que sirven como canales de agua y se encuentran en ciertas células. Las aquaporinas son sistemas de filtración de agua rápidos y eficientes que forman poros en las membranas de las células en varias partes del cuerpo (ojos, riñones y pulmones) donde el agua tiene mayor demanda.

Kumar y el equipo no lograron reflejar el sistema de aquaporina exactamente como estaba planeado. En cambio, descubrieron un proceso de filtración de agua aún más efectivo. A diferencia de las células individuales de aquaporina del cuerpo que funcionan de manera eficaz independientemente unas de otras, las membranas desarrolladas por el grupo de investigación de Kumar no funcionaron bien por sí solas.

Pero, cuando combinó varios de ellos para crear redes de "cables de agua", fueron muy efectivos en el transporte y filtración de agua. Los cables de agua son cadenas de moléculas de agua densamente conectadas que se mueven excepcionalmente rápido, como un tren y sus autos individuales.

"Estábamos tratando de copiar el proceso de transporte de agua ya complicado que utilizan las acuaporinas y nos topamos con un método completamente nuevo e incluso mejor", dijo Kumar, profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Civil, Arquitectónica y Ambiental de la Escuela Cockrell. "Fue completamente fortuito. No teníamos idea de que sucedería".

Estas redes de membranas artificiales podrían resultar útiles para separar la sal del agua, un proceso de filtración que actualmente es ineficiente y costoso. La nueva membrana ha mostrado impresionantes propiedades de desalinización, exhibiendo mucha más sal selectiva y presumiblemente otra eliminación de contaminantes en comparación con los procesos existentes.

"Nuestro método es mil veces más eficiente que los procesos de desalinización actuales en términos de su selectividad y permeabilidad", dijo Kumar. "Por cada 10.000 moléculas de agua salada que pasan a través de los sistemas de desalinización actuales, una molécula de sal podría no filtrarse. Con nuestra nueva tecnología de membrana, no se filtraría una molécula de sal por cada 10 millones de moléculas de agua, mientras se mantiene una tasa de transporte de agua comparable ao mejor que las membranas actuales".

Durante toda su carrera, Kumar se ha centrado en desarrollar materiales y procesos que toman la funcionalidad de los modelos moleculares biológicos y los aplican en escalas de ingeniería.

"Es difícil incluso imitar eficazmente las complejidades de cómo funciona el cuerpo humano, especialmente a nivel molecular", dijo. "Esta vez, sin embargo, la naturaleza fue el punto de partida para un descubrimiento aún mayor de lo que podríamos haber esperado".   @mundiario