کانال‌های آب با ابعاد نانویی که در طبیعت برای ورود و خروج سریع آب در سلول‌ها وجود دارند، الهام بخش تولید موادی شده است که می‌توانند محصولات شیمیایی و دارویی را پاکسازی کنند.
به گزارش نانوورک در 9 می 2019، محققان دانشگاه ملک عبدالله عربستان، به تقلید از شکل ساعت شنی مانندِ کانال‌های زیستی، ساختاری از لایه‌های اکسید گرافن ایجاد کرده‌اند که با غشاء‌های فوق نازک خود، ترکیبات شیمیایی را به سرعت جداسازی می‌کند.
یکی از ضروری‌ترین اما خسته کننده‌ترین مراحل در تولید محصولات دارویی و شیمیایی، جدا کردن ترکیبات مولکول‌های آلی است. روشی که در حال حاضر برای مؤثرتر و سریع‌تر کردن این فرآیند وجود دارد استفاده از «غشاء‌های نفوذپذیر انتخابی» است که با نانوکانال های خود، مولکول‌ها را براساس اندازه دسته‌بندی می‌کنند. مشکل بزرگ این غشاءها این است که کانال‌های باریک عمل جداسازی را به خوبی انجام می‌دهند اما جریان عبور حلال از آن‌ها بسیار کند است. از سوی دیگر، اگر سرعت عبور حلال زیاد شود، جداسازی به خوبی انجام نمی‌گیرد.
محققان، با الهام گرفتن از طبیعت، این مشکل را برطرف کرده‌اند: آکواپورین‌ها (کانال‌های آبی)، کانال‌هایی به شکل ساعت شنی هستند که در طرفین عریض و در بخش میانی باریک می‌شوند. چنین ساختاری سرعت عبور حلال را بالا برده و در عین حال جداسازی را نیز به خوبی انجام می‌دهد. تیم تحقیقاتی نیز غشاء‌های مصنوعی تولید کرده‌اند که ساختاری مشابه آکواپورین‌ها دارد. این غشاءها از ورقه‌های نانومواد کربنی دو بعدی (اکسیدهای گرافن) تولید شده‌اند. با ترکیب ورقه‌ها، صفحاتی به ضخامت چندین لایه اکسید گرافن ایجاد شده است. مولکول‌های حلال آلی به قدری کوچک هستند که می‌توانند از کانال‌های باریک بین ورقه‌ها عبور کنند، اما مولکول‌های آبی حل نشده در حلال بزرگ‌اند و توانایی عبور ندارند، در نتیجه از حلال جدا می‌شوند.
برای افزایش سرعت عبور حلال بدون کاهش به‌گزینی، این تیم بین لایه‌های گرافن از فضاسازها استفاده کرده است که با عریض‌تر کردن بخشی از کانال، ساختاری مشابه با آکواپورین‌ها ایجاد می‌کند. این فضاسازها با اضافه کردن مولکول‌های پایه سیلیسیمی به کانال‌ها تشکیل شده‌اند. این مولکول‌ها هنگام برخورد با هیدروکسید سدیم، نانوذرات سیلیسیم دی اکسید تشکیل می‌دهند. این نانوذرات آب دوست، کانال‌های میان‌لایه‌ای را وسیع‌تر می‌کنند و نفوذ حلال را بهبود می‌بخشند.
هنگامی که گروه تحقیقاتی با استفاده از محلول‌های رنگ‌های آلی عملکرد غشاءها را بررسی کرده‌اند به این نتیجه رسیده‌اند که غشاء، حداقل 90 درصد از مولکول‌های رنگ بزرگ‌تر از 1.5 نانومتر را جدا می‌کند. محققان هم‌چنین دریافته‌اند در صورت ایجاد اتصال عرضی بین صفحات اکسید گرافن و نانوذرات، استحکام و طول عمر غشاءها بیشتر می‌شود.
