Desarrollo de una Membrana Semipermeable Empleando Acuaporinas para Incrementar Selectividad y Permeabilidad al Agua.
Authors:   , Bórquez Yáñez Rodrigo Manuel 
Published: August 2023

Dado el escenario de escasez hídrico a nivel mundial, surge la necesidad de contar con nuevas fuentes de obtención de agua. Uno de los principales problemas asociados a esto es la presencia de elementos que impiden su consumo. Entre las tecnologías existentes para el tratamiento del agua se encuentran los procesos basados en membranas, las cuales son principalmente representadas por la osmosis inversa. Si bien estos sistemas poseen un alto nivel de separación, los altos costos energéticos asociados a las presiones de operación hacen que la masificación de esta tecnología sea restringida para gran parte de los territorios. Una solución para este problema es el desarrollo de nuevas membranas a partir de la incorporación de nano-canales, con estructuras bien definidas y estables, sobre superficies porosas. Entre estas se encuentran las membranas basadas en acuaporinas. Las acuaporinas son proteínas de membranas presente en las células de todos los seres vivos cuya función es el transporte selectivo de moléculas de agua a través de la membrana celular. Existen múltiples reportes que afirman que la incorporación de acuaporinas genera un incremento en la eficiencia de separación de las membranas, sin embargo, estos sistemas aún se encuentran en desarrollo. El presente trabajo abarcó el proceso de fabricación de membranas basadas en acuaporinas en sus tres etapas; producción de acuaporinas, reconstitución e inmovilización; con el objetivo de incrementar el rechazo de sales de una membrana de ultrafiltración. Con respecto a las etapas de producción y reconstitución se estudió el efecto de los detergentes en la solubilización de acuaporinas, obtenidas a partir de bacterias E. coli recombinantes, y la desestabilización de liposomas. Los resultados mostraron que el detergente n-octil-β-D-glucósido asegura la estabilidad y homogeneidad estructural de las proteínas. Sin embargo, altas concentraciones de detergentes inducen a la presencia de defectos en los proteoliposomas, lo que genera perfiles de permeabilidad anómalos. Con respecto a la inmovilización de acuaporinas se utilizaron redes poliméricas interpenetradas sobre distintos tipos de soporte. Por un lado, se utilizaron soportes de ultrafiltración comerciales de distintos tamaños de corte y, por otro, soportes generados a partir de membranas recicladas. El proceso de reciclaje se realizó a partir de la oxidación de membranas de osmosis inversa saturadas, las que fueron expuestas a hipoclorito de sodio. Los resultados mostraron que es posible remover la capa saturada de poliamida para generar un soporte sobre el cual realizar modificaciones. La formación de redes poliméricas interpenetradas fue analizada considerando distintos tiempos de modificación, tamaño de corte del soporte, concentración de monómeros y de agente entrecruzante. Por último, la incorporación de proteoliposomas reconstituidos con acuaporinas demostró la formación de una capa biomimética que incrementa la selectividad de la membrana a especies iónicas. Las membranas generadas fueron caracterizadas tanto desde un punto de vista operacional, como químico y topológico. Si bien la eficiencia de separación resultó ser baja con respecto a las membranas de nanofiltración comerciales, esta investigación es un punto inicial para futuros estudios en el desarrollo de membranas basadas en acuaporinas.