Voor het eerst is van grafeen een bruikbaar dialysemembraan gemaakt. Dankzij de geringe dikte filtert het zeker tien keer sneller dan traditionele membranen van poreuze kunststof, beloven MIT-onderzoekers in Advanced Materials.

Piran Kidambi en collega’s wisten een membraan ter grootte van een vierkante centimeter te maken door eerst grafeen te kweken op een koperoppervlak, via chemical vapour deposition. Daar leggen ze een dun velletje polycarbonaat overheen met poriën die veel groter zijn dan de moleculen die het filter moet tegenhouden. Het grafeen ‘plakt’ veel beter aan die kunststof dan aan koper en komt vanzelf mee als je de folie weer oplicht.

Met de huidige stand der techniek is het onvermijdelijk dat er gaten in het grafeen zitten, en dat een deel daarvan boven een porie in het polycarbonaat terecht komt. Die ongewenste gaten stop je eerst dicht met kunststof ‘kurken’ die je ter plekke laat ontstaan door twee vloeistoffen met elkaar te laten reageren waarvan er een boven en een onder het filter zit.

Tot slot maak je nieuwe gaten in het grafeen in het formaat dat je wel wilt hebben, door het oppervlak te bestoken met een zuurstofplasma. De zuurstofradicalen vreten hier en daar een koolstofatoom uit het grafeen en zetten het om in CO₂. Hoe groot de gaten gemiddeld worden hangt af van de tijd dat de behandeling duurt, waarbij je moet denken aan enkele minuten.

Ook hier is het weer toeval of zo’n gat ontstaat boven een porie in het polycarbonaat. In de praktijk beslaan die poriën maar 10 % van het oppervlak, dus 90 % van de gaten in het grafeen doet niets. Dat is ook de reden dat het membraan slechts tien keer sneller filtert dan dikke kunststofmembranen, en niet honderd keer.

De onderzoekers hebben al membranen gemaakt die bijvoorbeeld wel kaliumchloride (0,66 nm diameter) doorlaten maar geen tryptofaan, een aminozuur dat slechts 0,2 nm groter is. Grotere poriën maken die bijvoorbeeld alleen eiwitten tegenhouden, lukt ook.

De uitdaging is nu om grotere vellen grafeen te maken, polycarbonaat met méér porie-oppervlak en een plasmabehandeling die nog beter is te beheersen.

bron: MIT