پژوهشگران در تازه ترین اقدامات خود با الگو برداری از یک مقاله ریاضی، موفق به ساخت نوعی فیلتر در مقیاس نانو از لوله های درهم تنیده پلی آمید شدند.
برای ایجاد یک ساختار در مقیاس نانو جهت نمک زدایی آب، از ریاضیات به کار رفته در یک مقاله برجسته که توسط آلن تورینگ، ریاضیدان بزرگ انگلیسی نوشته شده است، استفاده شد.
طبق توضیحات طراحان این فیلتر ساختار توسعه یافته فوق، کارآیی بیشتری نسبت به فیلترهای موجود در بازار دارد.
در حال حاضر تورینگ با کارهای محاسباتی خود معروف است اما در سال ۱۹۵۲ در خصوص نحوه گسترش الگوهای تکراری در موجودات زنده، مقاله ای نوشت. هر چیزی که دارای الگوهای تکراری بود (خطوط پوشش گورخر، لکه های پوست گربه وحشی و همچنین حرکت چرخشی برگ گیاهان و کلا طبیعت موج دار با رنگ ها، بافت ها و اشکال تکراری) ، توجه او را به خود جلب کرده بود.
تورینگ این تکرارها را ناشی از گروهی از هورمون های مضاعف کننده مورفوژن ها می دانست.
مورفوژن ماده ای است که توزیع غیر یکنواخت آن، الگوی رشد بافت را طی فرآیندی که «مورفوژنسیس» یا ایجاد الگو نامیده می شود، کنترل می نماید.
مورفوژنسیس یکی از مهم ترین فرآیندهای اصلی بیولوژی است که موقعیت انواع مختلف سلول های تخصص یافته را در یک بافت تعیین می کند. در حقیقت مورفوژن مولکول سیگنال دهنده ای است که مستقیما روی سلول عمل می کند تا بر اساس میزان غلظت موضعی آن یک پاسخ سلولی خاص ایجاد شود.
تفاوت در نحوه انتشار یک مورفوژن خاص در بافت یک موجود، توجیه کننده بسیاری از الگوهایی است که در دنیای طبیعی قابل مشاهده است.
گفتنی است که ۶ سال قبل، پژوهشگران انگلیسی بر اساس شواهد تجربی فهمیده بودند که رگ های داخل دهان موش ها مطابق با مدل تورینگ توسعه یافته اند؛ این در حالی است که هنوز مشخص نشده آیا چنین فرآیندهایی در طبیعت به فراوانی یافت می شوند یا خیر.
از دیدگاه بیولوژی ممکن است سوالاتی پیش بیاید اما می دانیم که ریاضیات با هورمون هایی که در بافت های زنده انتشار می یابند، محدود نمی شود. بر همین اصل، محققان از این موضوع به عنوان نقطه آغاز سنتز نوع جدیدی از ماده بهره گرفتند.
محصول واکنش میان تری مزوییل کلرید و پیپرازین، پلی آمید است. پیپرازین در محلول، دیرتر انتشار می یابد؛ به طوری که هر دو معرف از قانون مورفوژن تورینگ پیروی می کنند.
مشکل اصلی ای که برای تهیه ساختار مورد نظر وجود داشت، حرکت سریع تر تری مزوییل کلراید بود. برای کم کردن سرع آن هم از افزودن پلی وینیل الکل (PVA) به این ترکیب استفاده شد.
آنها در طول تجزیه و تحلیل خود با استفاده از میکروسکوپ اتمی، نشان دادند که این ماده شبکه ای از لوله های در مقیاس نانوی تجمع یافته در یک ساختار سه بعدی است؛ ساختاری که قادر است تا برای عملیات فیلتر کردن، عالی ظاهر شود.
تصاویر زیر به خوبی در تصور کردن دو نوع از این ساختار تورینگ موثر است. یکی حاصل تجمع لوله های پر شمار و دیگری حاصل مجموعه ای از نقطه ها است.
مراحل ساخت فیلتر نمک زدایی آب
این تیم تحقیقاتی برای آزمایش فیلتر تورینگ خود، چندین محلول آب شور را از این ماتریکس عبور دادند. نمک های درشت تری همچون سولفات منیزیم (MgSO4) کاملا حذف شدند اما این فیلتر موفق به جداسازی نیمی از محتویات کلرید سدیم از آب شد.
باید به این نکته اشاره کرد فرآیندی که اکنون به آن نیاز داریم، نمک زدایی در حجم انبوه و با هزینه کم است؛ با این حال همین ساختار طراحی شده از چیزی که در حال حاضر وجود دارد، بسیار بهتر است.
دانشمندان می گویند که این ساختار قادر به فیلتر کردن ۱۲۵ لیتر آب در هر ساعت با در نظر گرفتن فشار ۵ اتمسفری است. این مقدار ۳ برابر کارآمدی بهتر را نسبت به سایر فیلترهای آب کنونی را نشان می دهد.
همچنین باید خاطر نشان کرد که این ابداع زمینه ساز فعالیت های متخصصان مواد در دیگر حوزه ها خواهد بود تا آنها هم به دنبال بررسی أنواع مواد متخلخلی بروند که کاربرد و استفاده های مفید دیگری داشته باشند؛ مانند ایجاد داربستی برای اندام های مهندسی شده بدن.