Podría ayudar a filtrar el agua de mar para crear agua potable
Investigadores del Instituto Francis Crick, el King's College de Londres y la Universidad de Friburgo han desarrollado canales de agua de polímero, similares a los plásticos comúnmente utilizados, que pueden extraer la sal del agua, inspirados en el sistema de filtrado de agua del propio cuerpo humano.
Si su innovación pudiera ampliarse y producirse industrialmente, podría ayudar a filtrar el agua de mar para crear agua potable.
Las acuaporinas son proteínas que transportan agua rápidamente a través de las membranas celulares, eliminando la sal. Son fundamentales para mantener el equilibrio hídrico adecuado dentro y fuera de las células y para concentrar o diluir la orina en los riñones.
En una investigación publicada recientemente, un equipo internacional de investigadores se inspiró en las acuaporinas para diseñar canales de agua artificiales que se puedan utilizar para filtrar la sal del agua.
Estos podrían usarse para un proceso llamado desalinización, donde se eliminan sales y minerales del agua de mar para producir agua apta para beber.
Este proceso, que suele implicar calentar el agua, condensar el vapor y eliminar la sal, se utiliza habitualmente en zonas como Oriente Medio, donde las precipitaciones son escasas. Sin embargo, consume mucha energía y es muy caro, por lo que se necesitan alternativas más económicas.
Para abordar este desafío, el equipo desarrolló canales artificiales utilizando largas moléculas de plástico, organizadas en una estructura helicoidal llamada polímeros, o en estructuras cíclicas llamadas macrociclos.
Los poros dentro de los dos tipos de canales se llenaron con una mezcla química de flúor y moléculas llamadas hidrocarburos, que juntos crean una capa grasa.
Imagen: Acuaporinas (izquierda) y los nuevos canales artificiales de agua (derecha), que muestran que excluyen la sal y transportan agua. Crédito: Angewandte Chemie International Edition (2025). DOI: 10.1002/anie.202504170
Luego se probaron los canales dentro de vesículas, sacos de agua contenidos en una capa grasa, similares a células, que luego se colocaron en una solución azucarada.
El agua sale de las vesículas de forma natural por ósmosis, incluso sin canales, pero este proceso es lento. Sin embargo, al añadir canales artificiales a las vesículas, el movimiento del agua aumentó en velocidad y volumen.
El equipo también probó diferentes longitudes de polímeros y descubrió que el canal de agua más eficiente tenía la misma longitud que la capa grasa de la vesícula y casi igualaba el rendimiento de las acuaporinas biológicas.
Finalmente, el equipo confirmó que las sales no podían atravesar los canales probando el polímero más eficiente en una solución salina. Observaron que las sales no penetraban en la vesícula.
"Muchos sistemas naturales, como la capacidad del cuerpo para filtrar agua mediante acuaporinas, han evolucionado para ser muy eficientes, por lo que son difíciles de imitar artificialmente. Pero con una química ingeniosa, hemos logrado eficiencias cercanas a las de las acuaporinas naturales con nuestros canales de agua artificiales, que pueden transportar agua y eliminar sales eficazmente", dijo Charlie McTernan, líder del grupo de laboratorio de maquinaria molecular artificial en el Crick y profesor titular del Departamento de Química del King's College de Londres.
"Estamos experimentando un calentamiento climático y potencialmente una falta de agua potable disponible, por lo que es crucial encontrar soluciones más baratas y escalables para filtrar el agua de mar. Nuestro trabajo podría ampliarse para su uso industrial, pero la fabricación a gran escala planteará retos que superar, como realizar pruebas con membranas más estables que las utilizadas en esta investigación. También necesitaríamos observar cómo interactúan los canales con otras sustancias del agua de mar".
"Este proyecto colaborativo surgió de un encuentro casual en una conferencia. Nuestro equipo del Crick y el laboratorio de la Universidad de Friburgo se dieron cuenta de que podíamos aunar nuestra experiencia para abordar este problema real. Ahora intentamos maximizar la eficiencia de nuestros canales para incluso superar a las acuaporinas naturales", dijo Javid Ahmad Malla, investigador postdoctoral en el Laboratorio de Maquinaria Molecular Artificial en el Crick.
La investigación se ha publicado en Angewandte Chemie International Edition: Rapid Water Permeation by Aramid Foldamer Nanochannels With Hydrophobic Interiors
