Μεμβράνη

Μεμβράνη είναι ένα διαχωριστικό μέσο, το οποίο δύναται να διαχωρίσει ένα μείγμα ουσιών σε δύο επιμέρους κλάσματα, εκατέρωθεν αυτού. Σύμφωνα με τον κατά IUPAC ορισμό, μεμβράνη είναι μια δομή με πολύ μεγάλες πλευρικές διαστάσεις σε σχέση με το πάχος της, μέσω της οποίας, υπό την επίδραση διαφόρων κινητήριων δυνάμεων μπορεί να λάβει χώρα μεταφορά μάζας.
Οι μεμβράνες απαντώνται σε πολλούς τομείς, όπως η Χημεία, η Βιολογία και η Τεχνολογία.

Αρχή λειτουργίας ημιπερατών (εκλεκτικών) μεμβρανών

Εξ' αιτίας της ίδιας της δομής της, η οποιαδήποτε μεμβράνη χαρακτηρίζεται από κάποια διαχωριστική ικανότητα .
Η τελευταία εκφράζεται είτε μέσω του διαχωριστικού μοριακού βάρους Μc της υπό διαχωρισμό διαλυμένης ουσίας, είτε μέσω της διαχωριστικής διαμέτρου dc του υπό διαχωρισμό σωματιδίου. Μια εκλεκτική μεμβράνη μπορεί να χαρακτηριστεί ως ιδανική, αν συγκρατεί πλήρως όλα τα σώματα με μοριακό βάρος Μ≥Mc και διάμετρο d≥dc, ενώ συγχρόνως επιτρέπει τη δίοδο μέσω αυτής, των σωμάτων με μοριακό βάρος Μ<Mc και διάμετρο d<dc.
Στην πληθώρα των διαχωρισμών μέσω ημιπερατών μεμβρανών, η διαχωριστική ικανότητα εκφράζεται με τον συντελεστή συγκράτησης ή απόρριψης, Rⱼ.
Αν
Cb η συγκέντρωση της διαλυμένης ουσίας στο αρχικό διάλυμα,
Cf η συγκέντρωση της διαλυμένης ουσίας στο προϊόν
και
σ=Cf / Cb
τότε, η όλη διεργασία διαχωρισμού περιγράφεται από τη σχέση:
Rⱼ=(Cb-Cf) / Cb = 1-Cf / Cb = 1-σ

Ανόργανες μεμβράνες

Αποτελούνται από κεραμικά υλικά ή ζεόλιθους, ενώ είναι ιδανικές για το διαχωρισμό αερίων μειγμάτων. Πλεονεκτούν ως προς τη θερμική αντοχή και τη χημική σταθερότητα, αλλά μειονεκτούν ως προς το κόστος και τη μηχανική αντοχή.

Πολυμερικές μεμβράνες

Είναι κατάλληλες για διαχωρισμούς που λαμβάνουν χώρα υπό ήπιες συνθήκες, ιδίως αναφορικά με τη θερμοκρασία, η οποία δεν πρέπει να ξεπεράσει ένα ανώτατο όριο, για να μήν καταστραφεί το πολυμερικό υλικό.

Μεμβράνες στη Βιολογία

Οι βιολογικές μεμβράνες, μπορούν να θεωρηθούν ως οργανωμένα συγκροτήματα σε σχήμα λεπτού φύλλου, τα οποία αποτελούνται κυρίως από πρωτεϊνες και λιπίδια.

Κυτταρική μεμβράνη

Κυτταρική μεμβράνη ή πλασματική μεμβράνη, είναι η μεμβράνη που περιβάλλει το κύτταρο, διαχωρίζοντάς το από το περιβάλλον του.

Ορώδης μεμβράνη / Ορώδης χιτών

Πρόκειται για λεία μεμβράνη η οποία αποτελείται από λεπτό στρώμα κυττάρων που εκκρίνουν ορώδες υγρό. Οι ορώδεις μεμβράνες περικλείουν διάφορες κοιλότητες, γνωστές ως ορώδεις κοιλότητες, οι οποίες περιέχουν λιπαντικό υγρό, ρόλος του οποίου είναι η μείωση των τριβών από την κίνηση των μυών.

Ερυθροκυτταρική μεμβράνη

Είναι η πλασματική μεμβράνη του ερυθροκυττάρου η οποία παίζει πρωταγωνιστικό ρόλο στη διατήρηση της ελαστικότητάς του και στην αλληλεπίδρασή του με το περιβάλλον του.

Υδρολιπιδική μεμβράνη

Είναι η μεμβράνη που καλύπτει την επιδερμίδα, προστατεύοντάς την από τις κακώσεις.

Εφαρμογές στην Ιατρική

Η τεχνολογία μεμβρανών κατέχει εξέχουσα θέση στον κλάδο της ιατρικής. Τα τελευταία χρόνια, ειδικά κατασκευασμένες μεμβράνες χρησιμοποιούνται για τη διοχέτευση φαρμακευτικών ουσιών στον οργανισμό, καθώς και για τη δημιουργία τεχνητών οργάνων.
Σε όλες τις προαναφερθείσες περιπτώσεις, οι μεμβράνες πρέπει να είναι κατασκευασμένες από υλικά βιοσυμβατά, δηλαδή να μήν απορρίπτονται από τον οργανισμό, και κάποιες φορές βιοαποδομήσιμα, δηλαδή να είναι εφικτή η αποδόμησή τους από το ίδιο το σώμα μετά το πέρας της λειτουργίας τους. Πλήθος πολυμερικών υλικών χρησιμοποιείται για τη σύνθεση βιοσυμβατών και βιοαποδομήσιμων μεμβρανών.

Διοχέτευση / μεταφορά φαρμάκων

Τα συστήματα μεμβρανών που κατασκευάζονται για το σκοπό αυτό μπορεί είτε να είναι ωσμωτικά, είτε να λειτουργούν βασιζόμενα σε φαινόμενα διάχυσης.

Δημιουργία τεχνητών οργάνων

Με τη βοήθεια ειδικά κατασκευασμένων συστημάτων μεμβρανών, έχουν δημιουργηθεί τεχνητά όργανα όπως νεφροί, ήπαρ και πάγκρεας.

Εφαρμογές στην τεχνολογία κυψελών καυσίμου

Στην τεχνολογία κυψελών καυσίμου, οι μεμβράνες αποτελούν τον πυρήνα της όλης διάταξης. Ο ρόλος τους είναι τριπλός και έγκειται στη μεταφορά ηλεκτρικού φορτίου, στο διαχωρισμό αερίων και στην απομόνωση των ηλεκτρονίων.