חוקרים בטכניון ובמכון הלמהולץ היראון בגרמניה פיתחו שיטה חדש לייצור ממברנות להפרדה סלקטיבית של חלקיקים ננומטריים לפי דרישה. ממברנות אלה, אמרו החוקרים, רלוונטיות ליישומים מגוונים ובהם ייצור תרופות, הפרדת חומרים, טיהור מים וניקיון מזהמים ממי שפכים.
3 צפייה בגלריה
מימין: תהליך ייצור הממברנות – גידול של מתכות בתוך תעלות הממברנה בצורה מדויקת השולטת בגודלן, ולאחר מכן יצירת תגובה לקבלת ממברנה בעלת תכונה פיזיקלית ייחודית. משמאל: תמונת חתך של הממברנה המראה שילוב של תחמוצות המתכת על גבי ממברנות הבלוק-קופולימר
(איור: מתוך המחקר)
את המחקר שהתפרסם ב- Advanced Materials הובילו ד"ר תמר סגל-פרץ והדוקטורנט אסף סימון מהפקולטה להנדסה כימית ע"ש וולפסון, יחד עם ד"ר ז'נז'ן זאנג ופרופ' פולקר אבץ ממכון הלמהולץ היראון בגרמניה.
הפרדה מולקולרית בסלקטיביות גבוהה היא תהליך המתרחש בטבע. דוגמה לכך היא ממברנות-תעלה, המפרידות בין פנים התא למרחב שמחוצה לו ומפקחות על החומרים הנכנסים לתא ויוצאים ממנו. בהשראת הטבע מנסות קבוצות מחקר רבות לפתח ממברנות-תעלה דומות, המאפשרות סינון של חומרים שונים למטרות תעשייתיות מגוונות. עם זאת, ייצורן של ממברנות כאלה, שיהיו מדויקות ואחידות מבחינת גודל החורים, סלקטיביות ותכונות אחרות, הוא אתגר הנדסי מורכב, והוא מורכב אף יותר כשהן מיועדות לחלקיקים ננומטריים קטנים.
חוקרי הטכניון הצליחו לבנות את הממברנות המבוקשות באמצעות שימוש בבלוק-קופולימרים (block copolymers) – שרשראות פולימריות העוברות סידור עצמי באופן ספונטני. על מצע זה הם גידלו תחמוצת מתכת תוך שליטה מלאה על עובי התחמוצת בתוך חורי הממברנה.
התהליך שפיתחו החוקרים מאפשר לקבוע באופן מדויק את גודל החורים כמו גם תכונות אחרות של הממברנה הפולימרית. לאחר הגידול מתקבל מצע אידאלי לשילוב של מולקולות פונקציונליות על גבי הממברנה, אשר מקנות לה תכונות ייחודיות כגון מטען חשמלי ופני שטח הידרופוביים (דוחי מים). ממברנות אלה הפגינו ביצועים יוצאי דופן בהפרדה של חלקיקים ננומטריים על בסיס גודל, מטען ו/או זיקה למים.
ד"ר סגל-פרץ מעריכה כי פריצת דרך זו תספק לתעשיות השונות כלי חדש, מגוון ומדויק בסינון מולקולות, מזהמים וחלקיקים אחרים.
