Các nhà khoa học tại Viện nghiên cứu graphene quốc gia thuộc trường Đại học Manchester (NGI) đã đạt được mục tiêu lớn về lâu dài là kiểm soát lưu lượng nước qua màng tế bào bằng điện.

Đây là loại màng hiện đại nhất được phát triển có những tính chất độc đáo của graphene. Nghiên cứu mới mở đường phát triển các công nghệ màng thông minh và có thể cách mạng hóa lĩnh vực hệ thống sinh học nhân tạo, kỹ thuật mô và hệ thống lọc.

Graphene có khả năng được sử dụng để chế tạo bộ lọc có thể điều chỉnh hoặc thậm chí là rào chắn hoàn hảo khi xử lý chất lỏng và khí. Màng “thông minh” mới sử dụng một dạng graphene rẻ tiền được gọi là graphene oxit, đã được chứng minh cho phép kiểm soát chính xác lưu lượng nước bằng dòng điện. Các màng thậm chí có thể được sử dụng để ngăn chặn hoàn toàn nước đi qua khi cần thiết.

Nhóm nghiên cứu đứng đầu là Giáo sư Rahul Nair đã gắn các dây diện trong màng graphene oxit cách điện. Dòng điện chạy qua các sợi nano này tạo ra điện trường lớn làm ion hóa các phân tử nước và kiểm soát hoạt động vận chuyển nước qua các mao mạch graphene trong màng tế bào.

Thực hiện được việc kiểm soát lưu lượng nước qua màng là một bước tiến vì quá trình này giống với một số quá trình sinh học sử dụng kích thích chính là các tín hiệu điện. Kiểm soát việc vận chuyển nước là chìa khóa để bảo tồn nước trong thận, điều hòa nhiệt độ cơ thể và tiêu hóa. Do đó, kiểm soát vận chuyển nước qua màng graphene bằng điện mở ra hướng phát triển các hệ thống sinh học nhân tạo và các thiết bị vi lưu nano tiên tiến phục vụ nhiều ứng dụng khác nhau.

Trước đây, nhóm nghiên cứu đã chứng minh khả năng màng graphene oxit được sử dụng để khử muối từ nước biển nhằm thay thế các phương pháp khử mặn hiện nay. Năm 2017, các nhà khoa học đã chứng minh có thể loại bỏ chất nhuộm màu khỏi rượu whisky mà không ảnh hưởng đến đặc tính khác của rượu.

Từ lâu, các nhà khoa học đã cố gắng kiểm soát lưu lượng nước qua màng bằng cách sử dụng kích thích bên ngoài do đây là điều quan trọng đối với hoạt động chăm sóc sức khỏe và các lĩnh vực khác có liên quan. Hiện nay, loại màng có thể điều chỉnh này còn hạn chế là việc điều chỉnh làm ướt màng và vận chuyển ion có kiểm soát, nhưng không kiểm soát được toàn bộ lưu lượng nước.

TS. Kai-Ge Zhou, trưởng nhóm nghiên cứu cho biết: "Công nghệ màng graphene thông minh không chỉ giới hạn ở khả năng kiểm soát lưu lượng nước. Màng graphene có thể được sử dụng làm chất hấp phụ hoặc xốp thông minh. Nước hấp phụ trên màng được bảo tồn trong màng ngay cả trong điều kiện sa mạc nếu áp điện vào màng. Chúng tôi có thể giải phóng nước theo yêu cầu bằng cách ngắt dòng điện".

Graphene và các vật liệu hai chiều liên quan có triển vọng cho nhiều ứng dụng mới cũng như cải thiện các quy trình hiện nay được sử dụng cho thiết bị điện tử, vật liệu tổng hợp, cảm biến và y sinh. Màng graphene đã trở thành chủ đề nghiên cứu và phát triển chủ yếu phục vụ hoạt động khử muối, tách khí và chăm sóc sức khỏe.

Nguồn: NASATI