연구원은 2 nm 규모의 인공적인 유체 Nanochannels를 개발합니다

Published on December 15, 2010 at 1:03 AM

그(것)들은 세는, 특정 규모의 이온 또는 분자가 처음부터 끝까지 통과하는 것을 허용하도록 충분히 작은, 막 횡단 단백질에 있는 채널 통신로를 위해 확실히 사실이고 작은 것이다는 것을 말합니다, 더 큰 객체를 밖으로 지키고 있기 동안.

막 횡단 단백질의 기능을 흉내내는 인공적인 유체 nanochannels는 다수 선진 기술을 위해 높게 입상 입니다. 그러나, 계속 이 규모의 개별적인 인공적인 채널 통신로를 만드는 것은 어렵습니다 - 지금까지는.

Chuanhua Duan는 단지 2개 나노미터만 크기로 측정한 표준 반도체 제조공정을 사용하여 nanochannels를 날조하는 성공적인 버클리 실험실 노력의 일부분이었습니다.

로오렌스 버클리 국립 연구소 ( (DOE)버클리 실험실) 미국 에너지성을 가진 연구원은 크기로 단지 2개 나노미터 (계속 2 nm)만인 표준 반도체 제조공정을 사용하여 nanochannels를, 날조할 수 있습니다. 이미 그(것)들은 이, 그러나 통행을 위한 유체 역학이 이 작은 부피 치수가 재진 채널 통신로와 현저하게 다르다는 것을 뿐만 아니라 크기로 단지 10 나노미터인 채널 통신로에서 조차 발견하기 위하여 nanochannels를 이용했습니다.

"우리는 시간을 측정해서 우리의 2 nm nanochannels에 있는 이온 수송을 공부할 수 있고 이오니아 전도력의 사격량 미결," Arun Majumdar를 암컷의 고등 연구 계획국 - 버클리 실험실에 이 연구를 동안 아직도 과학자 지도하 에너지 (ARPA-E)의 디렉터 말합니다. "우리는 - 더 큰 nanochannels에서 그것에 네 겹 증가까지 - 우리의 좁은 수화한 채널 통신로에 있는 양성자 그리고 이오니아 기동성의 매우 고가를 관찰했습니다 (nm10 에 100). 이것은 강화한 양성자 수송 막 횡단 채널 통신로에 있는 양성자의 높은 처리량을 설명할 수 있었습니다."

Majumdar는 Chuanhua Duan 의 (전표 성격 Nanotechnlogy에서 간행된 이 일에 종이의 UC) 가주 대학에 Majumdar의 연구 단체의 일원과 가진 공동 저자 버클리, 입니다. 서류는 표제가 붙습니다 "2 nm 친수성 nanochannels에 있는 변칙 이온 수송이라고."

그들의 종이에서는, Majumdar와 Duan는 특정 규모의 채널 통신로를 날조하기 위하여 높 정밀도 이온 에칭이 양극 접합에 결합되고 실리콘 에 유리에 기하학이 정지하는 기술을 기술합니다. 양극 접합 프로세스의 강한 정전기힘의 밑에 쓰러지기에서 채널 통신로를 방지하기 위하여는, 두꺼운 (500 nm) 산화물 층은 유리제 기질에 예금되었습니다.

"이 공술서 단계 및 뒤에 오는 접합 단계는 쓰러지기 없이 성공적인 채널 통신로 밀봉을 보장했습니다," Duan를 말합니다. "우리는 또한 적당한 온도, 전압 및 완벽한 접합을 지키기 위하여 기한을 선택해야 했습니다. 나는 스테이크 요리에 프로세스를 비교합니다, 적당한 조미료 뿐 아니라 정시 및 온도 선택할 필요가 있습니다. 산화물 층의 공술서는이었습니다 저희를 위한 적당한 조미료."

막 횡단 단백질에 있는 나노미터 치수가 재진 채널 통신로는 이온의 교류 통제에 중대하, 차례차례로, 세포를 지탱하는 생물학 프로세스의 많은 것에 중대한 생물학 세포의 외부와 내부 벽을 통해 분자. 그들의 생물학 카운터파트 같이, 유체 nanochannels는 연료 전지와 건전지의 중요한 역할을 앞으로는 할 수 있었습니다.

"강화한 이온 수송 전원 밀도를 향상하고 연료 전지와 건전지의 실제적인 에너지 밀도,"는 Duan는 말합니다. "연료 전지와 건전지에 있는 이론적인 에너지 밀도가 액티브한 전기화학 물자에 의해 결정되더라도, 실제적인 에너지 밀도는 항상 비활동성 분대의 내부 에너지 손실 그리고 사용법 때문에 매우 더 낮습니다. 강화한 이온 수송은 내부 에너지 손실을 감소시키고 실제적인 에너지 밀도를." 증가시킬 건전지 감소시킬 수 있었습니다, 와 연료 전지에 있는 내부 저항을

Duan와 Majumdar 에의한 사실 인정은 이온 수송이 그들의 기하학적인 금고 및 높은 표면 책임 조밀도 때문에 2 nm 친수성 nanostructures에서 현저하게 강화될 수 있었다는 것을 표시합니다. 한 예로, Duan는 자유로운 이오니아 수송을 가능하게 하고 있는 동안 분리기, 전극의 신체 접촉을 방지하기 위하여 건전지와 연료 전지에 있는 사이 둔 분대를 음극선과 양극 사이에서 인용합니다.

"현재 분리기 중합 막으로 이루어져 있는 주로 미소한 구멍이 있는 층입니다 또는 짠것이 아닌 직물 매트,"는 Duan는 말합니다. "2 nm 친수성 nanochannels의 소집으로 끼워넣어진 무기 막 현재 분리기를 대체하고 실제적인 힘 및 에너지 밀도를 향상하기 위하여 사용될 수 있었습니다."는

직접 생리적인 해결책을 통제하고 조작하기 위하여 사용되기 가능성으로 가지고있기 때문에 생물학 응용을 위한 또한 약속이 2 nm nanochannels에 의하여 보전됩니다. 현재 nanofluidic 장치는 유생분자를 분리하고 조작하는 nm10 에 100 크기로 인 채널 통신로를 이용합니다. 정전기 상호 작용에 대한 문제 때문에, 이 더 큰 채널 통신로는 인공적인 해결책으로 그러나 자연적인 생리적인 해결책으로 아닙니다 작용할 수 있습니다.

"대략 100개의 millimolars의 전형적인 이오니아 사격량을 가진 생리적인 해결책을 위해, Debye 가리기 길이는 1 nm입니다," Duan를 말합니다. "2중 채널 표면에서 전기 겹켜가 우리의 2 nm nanochannels에서 부분적으로 덮기 때문에, 더 큰 nanochannels에서 찾아낸 모든 현재 생물학 응용은 실제적인 생리적인 매체를 위한 2 nm nanochannels로 옮겨질 수 있습니다."

연구원을 위한 다음 단계는 2 nm 보다는 더 작은 조차 친수성 nanotubes에 있는 이온 그리고 분자의 수송을 공부하기 위한 것일 것입니다. 더 작은 기하학 및 더 강한 수화 군대에 의해 강화된 이온 수송은 추가 조차일 것으로 예상됩니다.

"나는 수성기도 하고 유기 전해질에 있는 이온 수송을 공부하기 위하여 이용될 내재되어 있던 이하 2 nm 친수성 nanotube 소집을 가진 무기 막을, 'Duan 말합니다 발육시키고 있습니다. "그것은 또한 리튬 이온 건전지를 위한 분리기의 신형으로 개발될 것입니다."

근원: http://www.lbl.gov/

Last Update: 11. January 2012 16:19

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