Ingeniería de Nanomembranes para las Aplicaciones Emergentes

El Dr. Dusan Losic, Instituto de Investigación de Ian Wark, Universidad del Sur de Australia, Australia
Autor Correspondiente: dusan.losic@unisa.edu.au

Las Membranas desempeñan un papel esencial en naturaleza también en muchas industrias incluyendo el tratamiento de aguas, la energía, la salud y el agro-asunto, donde las tecnologías comerciales de la membrana usando las membranas poliméricas y de cerámica sintetizadas se han utilizado por hace los últimos 50 años. Con un mercado de la publicación anual valorado de cerca de $10 mil millones y mercados emergentes para las aplicaciones de la membrana en pilas de combustible, la producción del hidrógeno, la producción del agua potable, el tratamiento de aguas residuales, el mando de contaminación atmosférica, la catálisis, la transformación de los alimentos, la salida de la droga, y aparatos médicos.

Nanoscience y la nanotecnología es reconocido como la estrategia dominante para mejorar convencional y para desarrollar nuevas tecnologías de la membrana explorando los nanomaterials nuevos y los procesos de la nano-escala. El revelado de nuevos nanomembranes usando aproximaciones avanzadas de la nanofabricación ha progresado rápidamente estos últimos años, y su aplicación más allá de procesos de la separación es extendida en áreas de la nueva aplicación.

El Dr. Losic y su grupo de investigación en el Instituto de Investigación de Ian Wark (IWRI), Universidad del Sur de Australia, Adelaide, está trabajando en el revelado de nuevos nanomembranes con la atención especial en el diseño de sus propiedades funcionales específicas hacia aplicaciones emergentes, incluyendo separaciones moleculares apuntadas, biosensing, y la salida implantable de la droga (Fig.1). La aproximación se inspira directamente por naturaleza, por ejemplo las membranas del biosilica en las diatomeas (algas unicelulares) donde están aplicados los principios bio-miméticos para el revelado de las funciones dominantes de la membrana tales como el transporte molecular selectivo, transporte y transmisión de señales (el detectar) de la energía.

Cuadro 1. Nanomembranes para las aplicaciones emergentes: a) separaciones moleculares, b) el biosensing y c) salida de la droga

Para diseñar nanomembranes con funciones deseadas y propiedades, el grupo del Dr. Losic desarrolló una serie de protocolos de la fabricación para controlar exacto sus parámetros más críticos, incluyendo diámetros del poro, geometría del poro y química de la superficie. El proceso electroquímico de uno mismo-petición se selecciona como la aproximación de la nanofabricación porque es simple, barato, litografía libremente y altamente flexible realizar la ingeniería estructural en el nanoscale.

Las estructuras Típicas del nanomembrane (óxido del alúmina) fabricaron rutinario en nuestro laboratorio (la Fig. demostración de 2) ordenada altamente, los canales verticalmente alineados del poro con estructural controlable dimensiona, incluyendo los diámetros del poro (10-200 nanómetro), las distancias del inter-poro (50 a 400 nanómetro), alta relación de aspecto del poro, densidad del poro (µm9 10 -11 10-2 cm), la porosidad (10 70%), el espesor de la membrana (1 - 500), y termal excelente, estabilidad química y bio-compatibilidad. Las características estructurales de nanomembranes pueden ser controladas y tunned fácilmente ajustando las condiciones (electrólito, voltaje, corriente, temperatura y tiempo) durante la fabricación.

Cuadro 2. imágenes de SEM de las estructuras de poro de los nanomembranes (óxido del alúmina) fabricados por la anodización electroquímica de uno mismo-petición. A) superficie superior y b) corte transversal

El problema desafiador de fabricar nanomembranes con geometría dado forma y del trinquete del poro fue resuelto con el revelado de un método electroquímico único de la nanofabricación llamado anodización cíclica. Por Lo Tanto el diseño de nanomembranes con configuraciones complejas y jerárquicas del poro permite que por primera vez utilicemos la dimensión de una variable del poro como estrategia para la separación molecular. Un nuevo concepto para la separación selectiva de la molécula usando estos nano-trinquetes periódicos es en fase de desarrollo apuntalar la nueva tecnología de la separación (Fig. 3).

Cuadro 3. Nanomembranes con las geometrías dadas forma del poro fabricadas por la anodización cíclica

Para avance las propiedades de nanomembranes fabricados desarrollamos varias estrategias para su functionalization estructural y químico adicional que implicaba procesos de la modificación tales como capa de metal (química y electroquímica), incremento del nanotube del carbón, deposición atómica de la capa, polimerización del plasma, y functionalization superficial.

Los nanomembranes Compuestos, con dimeters exacto controlados del poro (hacia abajo a algunos nanómetro), fueron dirigidos con oro, níquel, carbón, polímeros y nanoparticles. Las propiedades de transporte y la talla y la selectividad de la substancia química de membranas se han mejorado importante para cumplir los requisitos exigentes para la separación molecular rápida y selectiva.

Las propiedades magnéticas, de intercambio iónico, electrocatalytic y ópticas únicas (SERS, interferométricos) de estas membranas ofrecen potencial excelente, con el revelado de los biosensores basados y escritura de la etiqueta-libres de la viruta del nanopore para los diagnósticos biomédicos y la salida implantable de la droga del interés determinado para nuestro grupo en el Instituto de Investigación de Ian Wark.


Referencias

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Derechos De Autor AZoNano.com, el Dr. Dusan Losic (Instituto de Investigación de Ian Wark, Universidad del Sur de Australia)

Date Added: Nov 4, 2009 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 23:42

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