Tutkijat Kehitä Keinotekoinen nestevirtauskomponenttien Nanochannels 2 nm Koko

Published on December 15, 2010 at 1:03 AM

He sanovat, että se on pieniä asioita, jotka laskevat, ja että varmasti pätee kanavat transmembraaninen proteiineja, jotka ovat tarpeeksi pieniä, jotta ionit tai molekyylit tietynkokoisia läpi, säilyttäen ulos suurempia esineitä.

Keinotekoinen nestevirtauskomponenttien nanochannels muistuttavia ominaisuuksia transmembraaninen proteiinit ovat erittäin arvostettuja useita kehittyneitä tekniikoita. Kuitenkin on ollut vaikea tehdä yksittäisiä keinotekoisia kanavia tämän kokoluokan - ennen kuin nyt.

Chuanhua Duan oli osa onnistunutta Berkeley Lab vaivaa valmistaa nanochannels että mitattu vain kaksi nanometriä kooltaan, tavallisilla puolijohteiden tuotantoprosesseissa.

Tutkijoille Yhdysvaltain energiaministeriön (DOE): n Lawrence Berkeley National Laboratoryn (Berkeley Lab) ovat pystyneet valmistamaan nanochannels että on vain kaksi nanometriä (2-nm) kokoisia tavallisilla puolijohteiden tuotantoprosesseissa. Jo he käyttivät näitä nanochannels huomatakseen että virtausmekaniikka varten kohtia tämän pienen eroavat huomattavasti paitsi bulk-kokoinen kanavia, mutta jopa kanavia, jotka ovat vain 10 nanometrin kokoisia.

"Pystyimme opiskella ioni liikenteen meidän 2-nm nanochannels mittaamalla aikaa ja keskittymistä riippuvuus Ionic johtokyky", sanoo Arun Majumdar johtaja DOE Advanced Research Projects Agency - Energia (ARPA-E), joka johti tätä tutkimusta silti tiedemies Berkeley Lab. "Havaitsimme paljon korkeampaa protonin ja ionisia liikkuvuutta meidän rajoitu sammutettua kanavaa - jopa nelinkertaiseksi yli, että suuremmissa nanochannels (10-to-100 nm). Tämä tehostetun protonin kuljetus voisi selittää suurikapasiteettisten protonien solukalvon kanavia. "

Majumdar on ollut mukana kirjoittamassa kanssa Chuanhua Duan, jäsen Majumdar n tutkimusryhmä Kalifornian yliopiston (UC) Berkeley, ja kirjaa tästä työstä, joka julkaistiin lehdessä Nature Nanotechnlogy. Paperi on otsikoitu "Anomalous ioni liikenteen 2-nm hydrofiilinen nanochannels."

Niiden paperi, Majumdar ja Duan kuvaamaan tekniikkaa, jossa erittäin tarkka ioni etsaus yhdistyy anodinen liimaus valmistaa kanavia tietyn koon ja geometrian pii-lasi kuolla. Estää kanavan romahtaminen alle voimakas sähköstaattinen voimat anodinen liimaus prosessiin, paksu (500 nm) oksidikerroksen oli talletetaan onto lasialustalla.

"Tämä laskeuma askel ja seuraavat liimaus vaihe taattu onnistunut sulkeva romahtamatta", sanoo Duan. "Meillä oli myös valita oikea lämpötila, jännite ja aika, joka varmistaa liimaus. Vertaan prosessi ruoanlaitto pihvi, sinun täytyy valita oikea mausteita sekä oikea aika ja lämpötila. Laskeuma oksidikerroksen oli oikea maustetta meille. "

Nanometrin kokoinen kanavat solukalvon proteiineja ovat kriittisiä virtauksen ionien ja molekyylien koko ulkoisen ja sisäisen seinät biologinen solu, joka puolestaan ​​on kriittinen monia biologisia prosesseja, jotka ylläpitävät solun. Kuten heidän biologiset kollegansa, nestevirtauskomponenttien nanochannels voisi kriittinen rooli tulevaisuudessa polttokennot ja akut.

"Enhanced ioni liikenteen parantaa tehotiheys ja käytännön energiatiheys polttokennot ja akut," Duan sanoo. "Vaikka teoreettinen energiatiheys polttokennoissa ja paristot määräytyy aktiivisen sähkökemialliset materiaalit, käytännön energiatiheys on aina paljon pienempi, koska energian sisämarkkinoiden menetys ja käytön aktiivisia komponentteja. Enhanced ioni liikenne voisi vähentää sisäinen vastus polttokennoissa ja paristoja, mikä vähentäisi sisäistä energian menetys ja lisätä käytännön energiatiheys. "

Havainnot Duan ja Majumdar mukaan ioni liikenteen voitaisiin lisätä huomattavasti, 2-nm hydrofiilinen nanorakenteiden koska niiden geometrinen confinements ja korkea pinta-maksu tiheydet. Esimerkiksi Duan mainitsee erotin, komponentti välissä välillä katodi ja anodi paristojen ja polttokennot ehkäistä fyysistä kosketusta, elektrodien mahdollistaen samalla vapaa ionisen liikennettä.

"Nykyinen erottimet ovat enimmäkseen mikrohuokoiset kerrokset koostuvat joko polymeerisestä kalvo tai kuitukangasalaa Mat" Duan sanoo. "Epäorgaaninen kalvo upotettu erilaisia ​​2-nm hydrofiilinen nanochannels voitaisiin korvata nykyiset erottimet ja parantaa käytännön voimaa ja energiaa tiheys."

2-nm nanochannels myös pitää lupauksensa biologisiin sovelluksiin, koska ne on mahdollista käyttää suoraan valvoa ja manipuloida fysiologisia ratkaisuja. Nykyinen nanofluidic laitteet käyttävät kanavia, jotka ovat 10-to-100 nm kokoisia erottamaan ja manipuloida biomolekyylien. Koska ongelmia sähköstaattinen vuorovaikutus, näitä suurempia kanavia pystyy toimimaan keinotekoisia ratkaisuja mutta ei luonnolliset fysiologiset ratkaisuja.

"Sillä fysiologinen ratkaisuja tyypillinen ionisen pitoisuudet noin 100 millimolars, Debye seulonta pituus on 1 nm", sanoo Duan. "Koska sähkö kaksinkertainen kerrokset kaksikanavaisesta pinnat päällekkäin meidän 2-nm nanochannels, kaikki nykyiset biologisia sovelluksia löytyy suurempia nanochannels voidaan siirtää 2-nm nanochannels todellista fysiologista media."

Seuraava askel tutkijat tutkia kuljetuksen ionien ja molekyylien hydrofiilinen nanoputkia, jotka ovat jopa pienemmät kuin 2-nm. Ion liikenteen odotetaan entisestään parantaa pienempien geometria ja vahvempi nesteytyksestä voima.

"Olen kehittämällä epäorgaaninen kalvo upotettu osa-2 nm hydrofiilinen nanoputkien array, joka voidaan tutkia ioni liikenteen sekä vesi-ja orgaaninen elektrolyytti 'Duan sanoo." Lisäksi on kehitetty uudentyyppinen erotin litium- ioni-akkuja. "

Lähde: http://www.lbl.gov/

Last Update: 8. October 2011 19:13

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