研究者は、2 nmのサイズの人工流体ナノチャンネルを開発

Published on December 15, 2010 at 1:03 AM

彼らは、それはささいなことその数だと言う、そしてその確かに大きなオブジェクトを保持しながら一定の大きさのイオンや分子は、通過を許可するには十分に小さい膜貫通蛋白質、内のチャネルのために当てはまる。

膜貫通タンパク質の機能を模倣した人工的な流体ナノチャンネルは、高度な技術の数のために珍重されています。今までは - しかし、それはこのサイズの個々の人工的なチャネルを作成することは困難であった。

Chuanhuaドゥアンは、標準的な半導体製造プロセスを使用して、サイ​​ズが2つだけナノメートルを測定したナノチャンネルを作製することに成功したバークレー研究所の取り組みの一部でした。

米国エネルギー省(DOE)のローレンスバークレー国立研究所(バークレー研究所)と研究者は、標準的な半導体製造プロセスを使用して、サイ​​ズがわずか2ナノメートル(2 - NM)であるナノチャンネルを作製することができた。すでに彼らはこの小さな通路のための流体力学だけではなく、バルクサイズのチャネルから、それでも単にサイズが10ナノメートルのチャネルは大きく異なること。発見するためにこれらのナノチャンネルを使用しました

この研究を主導したエネルギー(ARPA - E)、 - "我々は、イオン伝導度の時間と濃度依存性を測定することにより、私たちの2 nmのナノチャンネル中でのイオン輸送を研究することができた、"アルンマジュムダール、DOEの高等研究計画局の局長は述べていますバークレー研究所では、ま​​だ科学者間。 "我々は、限られた水和チャネルでプロトンとイオン移動度の非常に高い率を観察 - アップ大きいナノチャンネル(10〜100nmである)でその上倍に増加へこの強化されたプロトンの輸送は、膜貫通で陽子の高スループットを説明できる。チャンネル。"

マジュムダールは、ネイチャー誌のNanotechnlogyに発表されたこの作品についての論文のChuanhuaドゥアン、カリフォルニア大学(UC)バークレー校マジュムダールの研究グループのメンバー、、と共著者です。論文は"2 nmの親水性ナノチャンネルの異常イオン輸送。"と題されている

彼らの論文では、マジュムダールとドゥアンは、高精度イオンエッチングは、シリコンオングラスダイ上の特定のサイズと形状のチャネルを作製するために陽極接合と組み合わされているテクニックを説明します。陽極接合プロセスの強力な静電気力で崩壊するからチャンネルを防ぐために、厚さ(500 nm)の酸化物層がガラス基板上に堆積された。

"この堆積工程と、次の結合が崩壊することなく保証成功チャンネルのシーリングステップ、"ドゥアン氏は述べています。 "我々はまた、完璧な接着を確保するために適切な温度、電圧および期間を選択しなければならなかった。私はステーキを調理するためのプロセスを比較​​し、あなたにも右の時間や温度などの調味料、右を選択する必要があります。酸化物層の堆積は、私たちのために調味料正しかったのです。"

膜貫通型タンパク質のナノメートルサイズのチャンネルが順番に、細胞を維持する生物学的プロセスの多くに不可欠な、生体細胞の外部と内部の壁を通過するイオンや分子の流れを制御するために重要です。それらの生物学的対応と同様に、流体ナノチャンネルは、燃料電池と電池の将来に重要な役割を果たす可能性があります。

"強化されたイオンの輸送は、燃料電池とバッテリーの電力密度と実用的なエネルギー密度を向上させ、"ドゥアン氏は述べています。燃料電池と電池の理論エネルギー密度がアクティブな電気化学的物質によって決定されますが"、実用的なエネルギー密度は、内部エネルギー損失と非アクティブなコンポーネントの使用状況を常にはるかに低いです。強化されたイオンの輸送は、燃料電池の内部抵抗を減らすことができると内部エネルギー損失を低減し、実用的なエネルギー密度を増加させる電池、。"

ドゥアンとマジュムダールによる調査結果は、イオン輸送が大幅にためにそれらの幾何学的な閉じ込めと高い表面電荷密度の2 nmの親水性ナノ構造で拡張されることを示している。例として、ドゥアンは、セパレータ、正極と無料のイオン輸送を可能にしながら、電極の物理的接触を防ぐために電池や燃料電池のアノードとの間の間に配置されたコンポーネントを挙げている。

"現在の区切り文字は、主に高分子膜や不織布マットのどちらからなる多孔層である、"ドゥアン氏は述べています。 "2 nmの親水性ナノチャンネルの配列で埋め込まれた無機膜は、現在の区切り文字を置換し、実用的なパワーとエネルギー密度を向上させるために使用することができる。"

彼らが直接制御と生理的なソリューションを操作するために使用される可能性があるため、2 nmのナノチャンネルには、生物学的用途のための約束を保持する。現在のナノ流体デバイスは、生体分子を分離して操作するサイズの10〜100nmのあるチャネルを利用する。ため、静電相互作用にからむ問題で、これらの大きなチャンネルが人工的なソリューションではなく、自然な生理的溶液で機能することができます。

"約100 millimolarsの典型的なイオン濃度の生理的なソリューションでは、デバイの遮蔽長は1 nmであり、"ドゥアン氏は述べています。 "2チャンネルの表面からの電気二重層は、私たちの2 nmのナノチャンネル内で重複するので、大規模なナノチャンネルで検出されたすべての現在の生物学的なアプリケーションは、実際の生理的なメディアのための2 nmのナノチャンネルに転送することができます。"

研究者のための次のステップは、2 nmよりさらに小さい親水性カーボンナノチューブにおけるイオンと分子の輸送を研究するようになります。イオン輸送が小さい形状と強い水和力によってさらに強化されたと予想される。

"私は水と有機の両方の電解質のイオン輸送を研究するために使用される組み込みサブ2nmの親水性ナノチューブの配列を有する無機膜を開発して、"ドゥアンは言う。"それはまたのためのセパレーターの新タイプとして開発されるリチウムイオン電池。"

ソース: http://www.lbl.gov/

Last Update: 9. October 2011 09:28

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