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Jul 07, 2023

Cientistas da NUS desenvolvem uma nova classe de artefatos

Essas nanoestruturas automontadas, precisas e complexas podem ajudar a purificar a água de maneira mais eficiente. Imagem da Universidade Nacional de Cingapura: Uma equipe de cientistas da Universidade Nacional de

Essas nanoestruturas automontadas, precisas e complexas podem ajudar a purificar a água com mais eficiência

Universidade Nacional de Singapura

imagem: Uma equipe de cientistas da Universidade Nacional de Cingapura composta (da esquerda para a direita) pelo Professor Prakash Kumar, pelo Professor Manjunatha Kini, pelo Dr. Li Jianwei e pelo Dr. Pannaga Krishnamurthy, desenvolveu uma nova classe de canais de água artificiais para uma purificação de água industrial mais eficiente.Veja mais

Crédito: Universidade Nacional de Singapura

Cingapura, 2 de agosto de 2023 - Uma equipe liderada por cientistas do Departamento de Ciências Biológicas da Universidade Nacional de Cingapura (NUS), em colaboração com o Centro Francês de Pesquisa Científica (CNRS), sintetizou com sucesso um imitador de proteína especial que pode se automontar em uma estrutura de poros. Quando incorporados a uma membrana lipídica, os poros permitem o transporte seletivo de água através da membrana enquanto rejeitam o sal (íons). Esses imitadores de proteínas, conhecidos como 'oligourea foldamers', representam uma classe inteiramente nova de canais artificiais de água (AWC) que podem ser usados ​​para melhorar a eficiência energética dos métodos atuais de purificação de água industrial.

Os métodos atuais de purificação de água envolvem o uso de tecnologias de osmose reversa e destilação por membrana. A osmose reversa, no entanto, é um processo que consome muita energia, pois são necessárias altas pressões para passar a água do mar ou águas residuais através de uma série de membranas semipermeáveis ​​para remover sais e outros poluentes. À luz das alterações climáticas e da crescente procura de água doce, há um ímpeto para desenvolver membranas mais eficientes em termos energéticos e selectivas de água para fins de dessalinização em grande escala. Esta invenção representa uma excelente contribuição para estes esforços. A permeabilidade relativamente elevada à água dos poros formados por estes dobradores de oligoureia sugere que a necessidade global de energia para a purificação da água pode ser potencialmente reduzida.

Abordando as limitações das tecnologias de membrana convencionais

A pesquisa neste campo tem se concentrado principalmente na fabricação de membranas com aquaporinas, que são proteínas naturais que contêm poros que permitem a passagem de moléculas de água em uma única fileira. Eles são conhecidos como “canais de água” e podem ser encontrados nas membranas celulares de todas as células vivas, incluindo micróbios, células vegetais e animais. Devido à estrutura complexa da aquaporina, a síntese de quantidades suficientes desta proteína volumosa para utilização em membranas de purificação de água continua a ser um processo caro e demorado.

Num artigo publicado na revista científica Chem em 8 de maio de 2023, uma equipe de cientistas da NUS liderada pelo professor Prakash Kumar descreveu um avanço no desenvolvimento de um componente molecular mais simples que pode se automontar para gerar estruturas semelhantes a canais transmembrana com um poro. . Estas estruturas imitam as funções da aquaporina, permitindo que apenas moléculas de água atravessem a membrana enquanto os sais e outros poluentes são rejeitados. Os dobradores de oligoureia individuais também são muito menores em tamanho, com apenas 10 resíduos de aminoácidos - o que os torna mais fáceis de modificar, sintetizar e purificar em comparação com a aquaporina ou outras classes de AWC.

Como funciona

Os dobradores são de natureza anfifílica, o que significa que possuem cargas diferentes que lhes permitem montar estruturas mais complexas, semelhante à forma como os ímãs tendem a se aglomerar em uma bola quando estão próximos uns dos outros. As estruturas complexas, ou quaternárias, resultantes contêm canais de água semelhantes a poros que são ainda estabilizados por ligações fortes conhecidas como interações hidrofóbicas e eletrostáticas.

Os componentes hidrofóbicos estão agrupados no exterior, o que permite a inserção nas membranas lipídicas. O interior (lúmen) do poro é mais hidrofílico, o que permite que as moléculas de água se movam através da membrana enquanto rejeita a passagem de íons. E isso é responsável pela permeabilidade seletiva à água através das membranas lipídicas observada em testes de laboratório. Os cientistas descobriram que os dobradores de oligoureia eram semelhantes em função às estruturas naturais semelhantes a porinas, o que os torna candidatos potenciais viáveis ​​para a fabricação de membranas AWC para purificação de água.