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Los Investigadores Desarrollan Nanochannels Hidráulico Artificial de la Talla de 2 nanómetro

Published on December 15, 2010 at 1:03 AM

Dicen es las pequeñas cosas que cuentan, y que ciertamente es verdad para los canales en las proteínas de la transmembrana, que son bastante pequeñas permitir que los iones o las moléculas de cierta talla pasen a través, mientras que guarda fuera objetos más grandes.

Los nanochannels hidráulicos Artificiales que imitan las capacidades de las proteínas de la transmembrana son altamente estimados para varias tecnologías avanzadas. Sin Embargo, ha sido difícil hacer los canales artificiales individuales de esta talla - hasta ahora.

Chuanhua Duan era parte de un esfuerzo acertado del Laboratorio de Berkeley de fabricar los nanochannels que midieron solamente dos nanómetros de tamaño, usando procesos de fabricación estándar del semiconductor.

Los Investigadores con el Ministerio de los E.E.U.U. de (DOE) Laboratorio Nacional de Lorenzo Berkeley de la Energía (Laboratorio de Berkeley) han podido fabricar los nanochannels que son solamente dos nanómetros (2-nm) de tamaño, usando procesos de fabricación estándar del semiconductor. Han utilizado Ya estos nanochannels para descubrir que los mecánicos flúidos para los pasajes este pequeño son importante diferentes no sólo de los canales bulto-clasificados, pero incluso de los canales que son simplemente 10 nanómetros de tamaño.

“Podíamos estudiar transporte de ión en nuestros 2 nanochannels del nanómetro midiendo el tiempo y dependencia de la concentración de la conductancia iónica,” dice Arun Majumdar, Director de la Dependencia de los Proyectos de la Investigación Avanzada de la GAMA - la Energía (ARPA-E), que llevó esta investigación mientras que aún un científico en el Laboratorio de Berkeley. “Observamos un índice mucho más alto de protón y de movilidad iónica en nuestros canales hidratados lindados - hasta un aumento cuádruple sobre eso en nanochannels más grandes (10-to-100 nanómetro). Esto transporte aumentado del protón podía explicar la alta producción de protones en canales de la transmembrana.”

Majumdar es el co-autor con Chuanhua Duan, pieza del grupo de la investigación de Majumdar en la Universidad de California (UC) Berkeley, de un documento sobre este trabajo, que fue publicado en la Naturaleza Nanotechnlogy del gorrón. El papel se titula “transporte de ión Anómalo en 2 nanochannels hidrofílicos del nanómetro.”

En su papel, Majumdar y Duan describen una técnica en la cual la aguafuerte de ión de alta precisión se combine con la vinculación anódica para fabricar los canales de una talla específica y muere la geometría sobre un silicio-en-cristal. Para evitar que el canal se desplome bajo fuerzas electroestáticas fuertes del proceso anódico de la vinculación, (500 nanómetro) una capa gruesa del óxido fue depositada sobre el substrato de cristal.

“Este paso de progresión de la deposición y el paso de progresión siguiente de la vinculación garantizaron el lacre acertado del canal sin desplomarse,” dice a Duan. “También tuvimos que elegir el plazo correcto de la temperatura, del voltaje y para asegurar la vinculación perfecta. Comparo el proceso a cocinar un filete, usted necesita elegir el condimento correcto así como el momento adecuado y la temperatura. La deposición de la capa del óxido era el condimento correcto para nosotros.”

Los canales nanómetro-clasificados en proteínas de la transmembrana son críticos a controlar el flujo de iones y las moléculas a través de las paredes externas e internas de una célula biológica, que, a su vez, son críticas a muchos de los procesos biológicos que sostienen la célula. Como sus contrapartes biológicas, los nanochannels hidráulicos podían desempeñar papeles críticos en el futuro de las pilas y de las baterías de combustible.

El “transporte de ión Aumentado mejora la densidad de potencia y densidad de energía práctica de las pilas y de las baterías de combustible,” Duan dice. “Aunque la densidad de energía teórica en pilas y baterías de combustible es determinada por los materiales electroquímicos activos, la densidad de energía práctica es siempre mucho más inferior debido a pérdida de energía interna y el uso de componentes inactivos. El transporte de ión Aumentado podría reducir resistencia interna en las pilas y las baterías de combustible, que reducirían la pérdida de energía interna y aumentarían la densidad de energía práctica.”

Las conclusión de Duan y de Majumdar indican que el transporte de ión se podría aumentar importante en 2 nanostructures hidrofílicos del nanómetro debido a sus arrestos geométricos y altas densidades de la superficie-carga. Como un ejemplo, Duan cita el separador, el componente puesto entre en medio el cátodo y el ánodo en baterías y pilas de combustible para prevenir el contacto físico de los electrodos mientras que activa transporte iónico libre.

Los “separadores Actuales son sobre todo capas microporosas que consisten en o una membrana polimérica o estera no tejida del tejido,” Duan dice. “Una membrana inorgánica embutida con un arsenal de 2 nanochannels hidrofílicos del nanómetro se podía utilizar para reemplazar los separadores actuales y para mejorar densidad práctica de la potencia y de energía.”

Los 2 nanochannels del nanómetro también mantienen la promesa para las aplicaciones biológicas porque tienen el potencial de ser utilizado para controlar y para manipular directamente soluciones fisiológicas. Los dispositivos nanofluidic Actuales utilizan los canales que son 10 to-100 nanómetro de tamaño para separar y para manipular biomoléculas. Debido a problemas con acciones recíprocas electroestáticas, estos canales más grandes pueden funcionar con las soluciones artificiales pero no con las soluciones fisiológicas naturales.

“Para las soluciones fisiológicas con concentraciones iónicas típicas de aproximadamente 100 millimolars, la longitud de investigación de Debye es 1 nanómetro,” dice a Duan. “Puesto Que las capas dobles eléctricas de superficies de dos vías traslapan en nuestros 2 nanochannels del nanómetro, todas las aplicaciones biológicas actuales encontradas en nanochannels más grandes se pueden transferir a 2 nanochannels del nanómetro para los media fisiológicos reales.”

El paso de progresión siguiente para los investigadores será estudiar el transporte de iones y de moléculas en los nanotubes hidrofílicos que son incluso más pequeños de 2 nanómetro. Se prevee que el transporte de Ión sea incluso más futuro aumentado por la geometría más pequeña y la fuerza más fuerte de la hidración.

“Estoy desarrollando una membrana inorgánica con el arsenal hidrofílico embutido del nanotube de sub-2 nanómetro que será utilizado para estudiar transporte de ión en electrólitos acuosos y orgánicos, 'Duan digo. “También será desarrollado como nuevo tipo de separador para las baterías de ión de litio.”

Fuente: http://www.lbl.gov/

Last Update: 11. January 2012 15:19

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