Nanozeef filtert sneller dan celmembraan

Met biomimicry – het nabootsen van bestaande structuren en mechanismen in de natuur – worden soms opmerkelijk uitvindingen gedaan. Daarbij komt het idee meestal van de natuur, terwijl de toepassing dankzij de kunstmatige materialen van de mens vaak superieur is aan het origineel.

Amerikaanse onderzoekers gingen te rade bij de natuur in hun zoektocht naar een betere manier om water snel en efficiënt te zuiveren. Ze stuitten daarbij op het membraan van de biologische cel, dat als een soort douanekantoor werkt voor watermoleculen: een voor een worden de moleculen in en uit de cel gelaten. Het spreekt voor zich dat de kleine waterkanaaltjes in het celmembraan – aquaporines genoemd – enkel water toelaten en geen andere stoffen. En dus heeft het membraan wel iets van een zeef in een waterzuiveringsstation.

De wetenschappers ontdekten dat ze de breedte van de aquaporines – ongeveer 0,3 nanometer – nog konden oprekken, zonder toe te laten dat meerdere watermoleculen naast elkaar het kanaal zouden kunnen doorkruisen en mogelijk andere moleculen zouden meenemen. Ze deden dat door de aquaporines na te bootsen met koolstofnanobuisjes in een kunstmatig membraan.

Tijdens de testen bleek – verrassend genoeg – dat bij een kanaalbreedte van 0,8 nanometer het debiet een factor zes hoger lag. Dat biedt perspectieven op microtechnologie die opschaalbaar is tot realistische proporties zodat ze kan toegepast worden in een waterzuiveringsinstallatie. Bij het biologisch membraan ligt het debiet te laag om er iets nuttigs mee te kunnen doen op die schaal.

Volgens de vorsers stroomt het water sneller doorheen de nanobuisjes omdat die geen verbindingen vormen met de waterstofmoleculen in de watermoleculen, iets wat in de aquaporines schering en inslag is.