(Phys.org)—Een membraan bestaande uit polymeervezels en eiwitten vormt een nieuw filter voor kleine, deeltjes op nanoschaal in waterige oplossingen. Het resultaat van een dergelijk onderzoek, die werd gedaan door professor Mady Elbahri en zijn team van het Institute of Material Science van de Kiel University (KU) en het Institute of Polymer Research van Helmholtz-Zentrum Geesthacht (HZG), is onlangs gepubliceerd als het omslagartikel in het huidige nummer van Geavanceerde functionele materialen .

een nanovloeistof, wat betekent een colloïdale suspensie van b.v. metalen nanodeeltjes in water, gaat gemakkelijk door algemeen gebruikte macroporeuze polymere membranen. De deeltjes zijn te klein om te worden vastgehouden met gatdiameters tussen drie en vier micrometer. In aanvulling, de deeltjes zouden snel kleinere zeefopeningen verstoppen. Vandaar, druk nodig zou zijn om de vloeistof te filteren.

Om deze problemen op te lossen, Elbahri en zijn team hebben hun membraan gebiofunctionaliseerd en een commercieel verkrijgbaar eiwit aan de vezels toegevoegd. "We ontdekten dat het eiwit onder water een conformatieverandering ondergaat, en het vermogen om alle metalen nanodeeltjes op te vangen tijdens het filtratieproces wordt geactiveerd", legt Elbahri uit. "Dit is een doorbraak", voegt co-auteur Dr. Shahin Homaeigohar toe. "Hetzelfde principe zal ons hopelijk in staat stellen, om biomoleculen en organismen uit afvalwater te filteren."

Van filtratie tot thermische zonne-energie

Wanneer de nanozeef metaaldeeltjes zoals goud opvangt, een andere toepassing is binnen handbereik, omdat, geen enkele andere methode is erin geslaagd de deeltjes zo goed te verspreiden. "Dit resultaat was onverwacht", zegt Elbahri. "Onder droge omstandigheden het membraan toont de kleur van het metaal, in dit geval het rood van de gouden nanodeeltjes". Als het membraan nat wordt, het wordt zwart. "Vervolgens, het fungeert als een omnidirectionele perfecte zwarte absorber, die als zonneabsorbeerder kan worden gebruikt." Elbahri voegt toe:"Inderdaad, we overbruggen de hiaten tussen verschillende disciplines, scheikunde, natuurkunde, biowetenschappen en materiaalkunde dat wil zeggen, en de Nanochemistry and Nanoengineering-groep heeft nu de eerste stap gezet naar intradisciplinariteit van Nanoscience."

Toepassing als virus en biofilter

Met de nanozeef kunnen zeer kleine deeltjes of biomoleculen en organismen zoals virussen uit water worden gefilterd. De betrokken wetenschappers hebben hun innovatie al gepatenteerd, een bio-nano-composiet, in Europa. Een ander patent voor de VS is onderweg. Naast de toepassing ervan in waterfiltratie, de nanozeef vertoont grote mogelijkheden als zonneabsorbeerder en als katalysator. "Globaal genomen, het resultaat is een doorbraak naar het ontwerp van een operatief filtratieproces, als een nieuwe route voor de fabricage van functionele materialen, en biedt commercieel aantrekkelijke efficiënties tegen lage kosten", zegt Elbahri.