Site Sponsors
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D

Ερευνητές Ανάπτυξη Τεχνητή fluidic nanochannels των 2 Εμβαδόν nm

Published on December 15, 2010 at 1:03 AM

Λένε ότι είναι τα μικρά πράγματα που μετράνε, και αυτό σίγουρα ισχύει για τα κανάλια σε διαμεμβρανικές πρωτεΐνες, οι οποίες είναι αρκετά μικρό για να επιτρέψει ιόντα ή μόρια ενός ορισμένου μεγέθους για να περάσει μέσα, διατηρώντας παράλληλα τα μεγαλύτερα αντικείμενα.

Τα τεχνητά fluidic nanochannels που μιμούνται τις δυνατότητες του διαμεμβρανικές πρωτεΐνες ιδιαίτερα βραβευθείς για μια σειρά από προηγμένες τεχνολογίες. Ωστόσο, ήταν δύσκολο να γίνει μεμονωμένα τεχνητά κανάλια αυτού του μεγέθους - μέχρι τώρα.

Chuanhua Ντουάν ήταν μέρος μιας επιτυχημένης προσπάθειας Berkeley Lab για την κατασκευή nanochannels που μετριέται μόνο δύο νανόμετρα σε μέγεθος, τη χρήση τυποποιημένων διαδικασιών κατασκευής ημιαγωγών.

Οι ερευνητές με το αμερικανικό Υπουργείο Ενέργειας (DOE) 's Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) έχουν τη δυνατότητα να κατασκευάσει nanochannels ότι είναι μόνο δύο νανόμετρα (2-nm) σε μέγεθος, τη χρήση τυποποιημένων διαδικασιών κατασκευής ημιαγωγών. Ήδη, που έχουν χρησιμοποιηθεί αυτά τα nanochannels για να ανακαλύψει ότι ρευστομηχανικής για τα σημεία που αυτό το μικρό διαφέρουν σημαντικά όχι μόνο από χύμα μεγέθους κανάλια, αλλά ακόμη και από τα κανάλια που είναι μόλις το 10 νανόμετρα σε μέγεθος.

«Είχαμε τη δυνατότητα να μελετήσουν ιόντων μεταφορών στην 2-nm nanochannels μας με τη μέτρηση του χρόνου και την εξάρτηση από τη συγκέντρωση των ιόντων αγωγιμότητα», λέει ο Arun Majumdar, Διευθυντής προηγμένα ερευνητικά έργα DOE της Υπηρεσίας - Ενέργεια (ARPA-Ε), ο οποίος ήταν επικεφαλής αυτής της έρευνας ενώ ακόμα ένας επιστήμονας στο Berkeley Lab. «Παρατηρήσαμε ένα πολύ υψηλότερο ποσοστό των πρωτονίων και ιόντων κινητικότητα σε περιορισμένους ενυδατωμένο κανάλια μας -. Έως και τετραπλάσια αύξηση πάνω από ότι σε μεγαλύτερα nanochannels (10-προς-100 nm) Αυτή η ενισχυμένη μεταφορά πρωτονίων θα μπορούσε να εξηγήσει την υψηλή απόδοση των πρωτονίων σε διαμεμβρανική κανάλια. "

Majumdar είναι ο συν-συγγραφέας με Chuanhua Duan, μέλος της ερευνητικής ομάδας Majumdar στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια (UC), Berkeley, από ένα έγγραφο σχετικά με αυτό το έργο, το οποίο δημοσιεύθηκε στην Nanotechnlogy περιοδικό Nature. Το έγγραφο έχει τίτλο "Ανώμαλη μεταφορά ιόντων σε 2-nm υδρόφιλα nanochannels."

Στο έγγραφό τους, Majumdar και Duan περιγράφουν μια τεχνική κατά την οποία υψηλής ακρίβειας ιόντων χαρακτική είναι σε συνδυασμό με την ανοδική συγκόλλησης για την κατασκευή καναλιών του ένα συγκεκριμένο μέγεθος και τη γεωμετρία σε έναν κύβο με πυρίτιο πάνω σε γυαλί. Για να αποτρέψετε το κανάλι από το να καταρρεύσει κάτω από τις ισχυρές ηλεκτροστατικές δυνάμεις της ανοδικής διαδικασία συγκόλλησης, ένα παχύ (500 nm) στρώμα οξειδίου κατατέθηκε πάνω στο υπόστρωμα γυαλιού.

"Αυτό το βήμα εναπόθεση και τα ακόλουθα συγκόλληση βήμα εγγυημένη επιτυχία σφράγιση κανάλι χωρίς καταρρέει», λέει ο Ντουάν. «Έπρεπε επίσης να επιλέξετε τη σωστή θερμοκρασία, τάση και η χρονική περίοδος για να εξασφαλιστεί τέλεια πρόσφυση. Συγκρίνω τη διαδικασία για να το μαγείρεμα μια μπριζόλα, θα πρέπει να επιλέξετε το σωστό καρύκευμα, καθώς και την κατάλληλη στιγμή και τη θερμοκρασία. Η εναπόθεση του από το στρώμα οξειδίου ήταν η σωστή καρύκευμα για μας. "

Το νανόμετρο μεγέθους κανάλια σε διαμεμβρανικές πρωτεΐνες που είναι κρίσιμα για τον έλεγχο της ροής των ιόντων και των μορίων εκατέρωθεν των εξωτερικών και εσωτερικών τοίχων ενός βιολογικού κυττάρου, το οποίο, με τη σειρά του, είναι κρίσιμης σημασίας για πολλές από τις βιολογικές διαδικασίες που υποστηρίζουν το κύτταρο. Όπως και βιολογική τους ομολόγους τους, fluidic nanochannels θα μπορούσε να διαδραματίσει κρίσιμο ρόλο στο μέλλον των κυψελών καυσίμου και μπαταρίες.

"Ενισχυμένη μεταφορά ιόντων βελτιώνει την πυκνότητα ισχύος και την πρακτική ενεργειακή πυκνότητα των κυψελών καυσίμου και μπαταρίες,» λέει ο Ντουάν. "Αν και η θεωρητική πυκνότητα ενέργειας σε κυψέλες καυσίμου και μπαταρίες καθορίζεται από το ενεργό υλικό ηλεκτροχημική, η πρακτική ενεργειακή πυκνότητα είναι πάντα πολύ χαμηλότερο λόγω του εσωτερικού απώλεια ενέργειας και τη χρήση των ανενεργά συστατικά. Ενισχυμένη μεταφορά ιόντων θα μπορούσε να μειώσει εσωτερική αντίσταση σε κυψέλες καυσίμου και μπαταρίες, τα οποία θα μειώσουν την εσωτερική απώλεια ενέργειας και να αυξήσει την πρακτική ενεργειακή πυκνότητα ».

Τα ευρήματα από Duan και Majumdar δείχνουν ότι η μεταφορά ιόντων μπορούσε να βελτιωθεί σημαντικά σε 2-nm υδρόφιλη νανοδομών λόγω των γεωμετρικών τοκετού τους και την υψηλή επιφανειακή πυκνότητα χρέωση. Για παράδειγμα, Duan αναφέρει το διαχωριστικό, το συστατικό που τοποθετείται μεταξύ της μεταξύ της καθόδου και της ανόδου στις μπαταρίες και κυψέλες καυσίμου για την αποφυγή σωματικής επαφής των ηλεκτροδίων και παράλληλα επιτρέποντας δωρεάν μεταφορά ιόντων.

"Οι τρέχουσες διαχωριστές είναι ως επί το πλείστον μικροπορώδους στρώματα που αποτελούνται από ένα πολυμερές μεμβράνη ή μη υφασμένα υφάσματα χαλάκι», λέει ο Ντουάν. "Μια ανόργανα μεμβράνη ενσωματωμένο με μια σειρά από 2-nm υδρόφιλη nanochannels θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να αντικαταστήσει τα σημερινά διαχωριστικά και να βελτιωθεί η πρακτική δύναμη και την πυκνότητα της ενέργειας."

Last Update: 22. October 2011 14:23

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit