Les membranes intelligentes avec mémoires font des filtres intelligents de nouvelle génération

19 avril 2023 (Actualités Nanowerk) Des chercheurs du National Graphene Institute (NGI) ont créé des membranes « intelligentes » dont la « mémoire » peut être utilisée dans des domaines tels que la technologie de séparation intelligente, la gestion des plaies, l'administration de médicaments, les capteurs et les dispositifs de mémoire. « L'histoire du développement des membranes s'étend sur plus de 100 ans et a conduit à une révolution dans les procédés de séparation industriels », déclare le professeur Rahul Raveendran Nair, titulaire de la chaire de recherche Carlsberg/Royal Academy of Engineering et chef de l'équipe d'étude. "Ces dernières années, des efforts ont été déployés pour fabriquer des membranes qui imitent les structures biologiques, en particulier leurs caractéristiques" intelligentes "." Maintenant, dans une recherche publiée dans Nature ("Commutation de la perméabilité à l'eau dépendante du pH et sa mémoire dans MoS2 membranes »), les scientifiques expliquent comment ils ont développé des membranes intelligentes capables de modifier leurs propriétés en fonction de l'environnement et rappellent à quel point elles étaient perméables auparavant. Cela signifie que les membranes peuvent s'adapter aux différentes conditions de leur environnement et, plus important encore, mémoriser leur état, une caractéristique qui peut être exploitée dans de nombreuses applications différentes. Vue d'artiste de membranes intelligentes à effets mémoire. (Image : R.Nair) Un phénomène connu sous le nom d'hystérésis est l'expression la plus courante de la mémoire ou de l'intelligence dans un matériau. Il fait référence à la situation où les propriétés actuelles d'un système sont dépendantes et liées à son état précédent. L'hystérésis est couramment observée dans les matériaux magnétiques. Par exemple, un aimant peut avoir plus d'un moment magnétique possible dans chaque champ magnétique en fonction du champ auquel l'aimant a été soumis dans le passé. Cependant, l'hystérésis est rarement observée dans le transport moléculaire à travers des membranes artificielles. « Trouver des solutions simples et efficaces pour une eau propre est l'un de nos plus grands défis mondiaux. Cette étude montre que les connaissances fondamentales au niveau moléculaire et les matériaux à l'échelle nanométrique offrent un grand potentiel pour le développement de membranes "intelligentes" pour la purification de l'eau et d'autres applications », a déclaré le professeur Angelos Michaelides de l'Université de Cambridge. Dans ce travail, l'équipe de Manchester, en collaboration avec des scientifiques de l'Université de Cambridge, de l'Université de Xiamen, de l'Université de technologie de Dalian, de l'Université de York et de l'Université nationale de Singapour, a développé des membranes intelligentes basées sur MoS2 (a matériau bidimensionnel appelé disulfure de molybdène) qui peuvent se rappeler à quel point ils étaient perméables auparavant. Les chercheurs ont montré que la façon dont les ions et l'eau s'infiltrent dans les membranes peut être régulée en contrôlant le pH externe. Les membranes imitent la fonction des membranes cellulaires biologiques et affichent un comportement hystérétique de transport des ions et de l'eau en réponse au pH, ce qui signifie qu'elles se souviennent du pH auquel elles ont été exposées auparavant. "Les effets de mémoire que nous avons observés sont uniques à ces membranes et n'ont jamais été observés auparavant dans des membranes inorganiques", a déclaré le co-premier auteur, le Dr Amritroop Achari de l'Université de Manchester. Les chercheurs ont démontré que l'effet biomimétique pouvait être utilisé pour améliorer la détection autonome de l'infection des plaies. Pour ce faire, ils ont placé les membranes dans de l'exsudat de plaie artificielle, qui simule le liquide produit par les plaies, et les ont soumises à des variations de pH. Les membranes ne permettaient la perméation de l'exsudat de la plaie qu'à des niveaux de pH correspondant à une plaie infectée, leur permettant ainsi d'être utilisées comme capteurs pour la détection de l'infection. Les chercheurs affirment que les nouvelles membranes peuvent également être utilisées dans une foule d'autres applications dépendant du pH, de nanofiltration pour imiter la fonction des cellules neuronales. Le co-auteur, le professeur Kostya Novoselov, professeur Langworthy à l'École de physique et d'astronomie de l'Université de Manchester et professeur au Centre pour les matériaux 2D avancés de l'Université nationale de Singapour, a déclaré : « Le caractère unique de cette membrane est que sa réponse hystérétique au pH peut être considérée comme une fonction de mémoire, ce qui ouvre de nombreuses pistes intéressantes pour la création de membranes intelligentes et d'autres structures. La recherche dans cette direction peut jouer un rôle central dans la conception des technologies intelligentes de demain.

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• La source: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62843.php