研究人員開發出2納米大小的人工的流體納米通道

Published on December 15, 2010 at 1:03 AM

他們說這是小事情,計數,肯定成立跨膜蛋白的渠道,這是小到足以使離子或分子通過具有一定規模的,同時保持較大的物體。

人工模擬流體納米通道的跨膜蛋白的功能是如獲至寶了多項先進技術。但是,它已經很難作出這種規模的個人的人工渠道 - 直到現在。

王傳華段是一個成功的伯克利實驗室的努力,製造納米通道,只有兩個測量納米大小,使用標準的半導體製造工藝的一部分。

與能源美國能源部(DOE)的勞倫斯伯克利國家實驗室(伯克利實驗室)的研究人員已經能夠製造納米通道,只有兩納米(納米)的大小,使用標準的半導體製造工藝。他們已經使用過這些納米通道,發現旅費流體力學小顯著不僅從批量大小的渠道不同,但即使僅僅是10納米大小的渠道。

“我們能來研究我們 2納米納米通道測量時間和濃度的離子電導依賴的時候,離子轉運,”說阿倫馬宗達,能源部的高級研究項目署主任 - 能源(ARPA - E),領導這項研究的而仍然在伯克利實驗室的科學家。 “我們觀察到一個高得多的質子和離子在我們的密閉水合渠道的流動性 - 一個較大的納米通道(10到100納米)增加了四倍,比這增強質子​​運輸可以解釋高通量質子跨膜渠道。“

馬宗達王傳華段,馬宗達在加州大學(UC)伯克利分校的研究小組成員,對這項工作的文件,這是發表在“自然”雜誌 Nanotechnlogy的合著者。本文的標題是“2納米的親水性納米通道中離子轉運異常。”

在他們的文章中,馬宗達,段描述了高精度離子蝕刻陽極鍵合技術結合到一個特定的大小和幾何形狀的通道上矽玻璃模具製造。為了防止陽極鍵合過程中的強靜電力量下崩潰的通道,厚(500 nm)的氧化層是在玻璃基板上沉積。

“這種沉積步驟和下面的粘接步驟保證成功的渠道密封,沒有倒塌的說:”段。 “我們也有選擇合適的溫度,電壓和時間內,以確保完美接合。,我比較的過程烹調牛排,你需要選擇合適的調味料,以及合適的時間和溫度。沉積的氧化層我們調味是正確的。“

跨膜蛋白的納米尺寸的渠道控制跨越一個生物細胞,這反過來,維持細胞的許多生物學過程的關鍵的外部和內部的牆壁的離子和分子的流動至關重要。其生物一樣,流體納米通道在未來的燃料電池和電池組可以發揮重要的作用。

“增強的離子傳輸提高的功率密度和燃料電池和電池組的實際的能量密度,”段說。 “雖然在燃料電池和電池組的理論的能源密度是積極的電化學材料,實際的能量密度總是因為內部的能量損失和非活動組件的用法低得多。離子轉運增強,可以減少在燃料電池的內阻和電池,這將減少內部的能量損失和增加的實際能量密度。“

段和馬宗達的研究結果表明,由於其幾何接產和高表面電荷密度,離子運輸,可在2納米的親水性納米結構的顯著增強。作為一個例子,段援引分離器,組件之間的防止身體接觸電極,而自由離子運輸在電池和燃料電池的陰極和陽極之間放置的。

“目前的分離器大多微孔層組成的聚合物膜或非織造布墊,”段說。 “無機膜嵌入2納米的親水性納米通道陣列,可用於取代目前的分離器和提高實際功率和能量密度。”

2納米的納米通道也為生物應用的承諾,因為他們有可能被用來直接控制和操縱生理的解決方案。當前的納流控設備利用的渠道,是10到100納米的大小生物大分子的分離和操縱。由於靜電相互作用的問題,這些較大的渠道功能與人工的解決方案,但不是自然的生理的解決方案。

“生理與典型的離子濃度約為 100 millimolars解決方案,德拜屏蔽長度是1納米,說:”段。 “由於雙通道表面的雙電層重疊在我們 2納米的納米通道,目前較大的納米通道中發現的所有生物應用可以轉移到真正的生理媒體 2納米的納米通道。”

研究人員下一步將研究,甚至大於 2納米的親水性碳納米管的離子和分子運輸。離子轉運是由更小幾何尺寸和更強的水化力將進一步增強。

“我開發的無機膜與嵌入式分2納米的親水性納米管陣列,將被用來研究在水相和有機電解質的離子運輸,”段說,“它也將作為一個分離器的新型鋰離子電池。“

來源: http://www.lbl.gov/

Last Update: 7. October 2011 09:48

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