Νέα Nanofilter χωρίζει τα μόρια του ίδιου μεγέθους με διαφορετικές χημικές ιδιότητες

Published on January 13, 2011 at 1:09 AM

Ο διαχωρισμός των μορίων είναι ένα σημαντικό μέρος από τις πολλές διαδικασίες παρασκευής και δοκιμών, συμπεριλαμβανομένης της παραγωγής φαρμακευτικών προϊόντων και κάποιες βιοϊατρικές εξετάσεις.

Ένας τρόπος για την εκτέλεση ο χωρισμός αυτός είναι με τη χρήση nanofilters - υλικά με τρύπες μιας ελεγχόμενης με ακρίβεια μικροσκοπικά διάμετρο, για να επιτρέψει μόρια πάνω σε αυτό το μέγεθος για να περάσει ενώ το κλείδωμα οποιουδήποτε που είναι μεγαλύτερα. Αλλά ένα νέο σύστημα που επινοήθηκε από ερευνητές του MIT θα μπορούσε να προσθέσει μια σημαντική νέα δυνατότητα: ένας τρόπος να φιλτράρετε επιλεκτικά από μόρια του ίδιου μεγέθους που έχουν διαφορετικές χημικές ιδιότητες.

Κάρεν Gleason κατέχει ένα φίλτρο που μπορεί να αφαιρέσει επιλεκτικά τα μόρια του ίδιου μεγέθους που έχουν διαφορετικές χημικές ιδιότητες.

Κάρεν Gleason, καθηγητής του ΜΙΤ της χημικής μηχανικής και αναπληρωτής κοσμήτορας του μηχανικού για την έρευνα, και μεταδιδακτορικός ερευνητής Ayse Asatekin περιγράφεται η διαδικασία σε ένα έγγραφο που δημοσιεύεται αυτό το μήνα στο περιοδικό Nano Letters.

Αυτό είναι «ένα ριζικά διαφορετικό τρόπο" για το διαχωρισμό μορίων, Gleason, λέει. «Οι άνθρωποι συνήθως σκέφτονται το μέγεθος, όπως είναι ο καθοριστικός παράγοντας», αλλά κάνοντας τους πόρους στο φίλτρο αρκετά μικρός ώστε να υπάρχει μια σημαντική αλληλεπίδραση μεταξύ των χημικών πόρων τοίχους και τα μόρια που διέρχονται από αυτά, καθίσταται δυνατή η διάκριση, σύμφωνα με άλλες χαρακτηριστικά, εξηγεί η ίδια. Σε αυτή την περίπτωση, η επιλογή βασίστηκε σε συγγένεια των μορίων »για το νερό. Επειδή οι τοίχοι των πόρων ήταν υδρόφοβες (αδιάβροχα), άλλα μόρια υδρόφοβες ήταν πιο εύκολα από τους πόρους και να προωθείται μέσα από αυτά από ό, τι οι άλλες, λιγότερο υδρόφοβα μόρια.

Στους ζωντανούς οργανισμούς, τα κυτταρικά τοιχώματα συνήθως εκτελούν αυτό το είδος του χημικού διαχωρισμού, αφήνοντας ορισμένα συγκεκριμένα είδη των μορίων - για παράδειγμα, τα θρεπτικά συστατικά, ένζυμα ή σηματοδοτικών μορίων - περνούν ελεύθερα μέσα από τους πόρους σε μια κυτταρική μεμβράνη, ενώ το κλείδωμα όλων των άλλων. Αλλά αυτή είναι η πρώτη φορά, Asatekin λέει, ότι ο χωρισμός χημική ουσία έχει αποδειχθεί σε μια συνθετική μεμβράνη.

Πολλά βιολογικά μόρια που είναι παρόμοια σε μέγεθος έχουν ακόμη πολύ διαφορετικές λειτουργίες ή ιδιότητες, έτσι τη δυνατότητα να τους χωρίσει αποτελεσματικά θα μπορούσε να είναι σημαντικό. Σε αυτή την αρχική επίδειξη απόδειξη της ιδέας, τα μόρια επιλεγμένα ήταν δύο χρωστικές ουσίες, τα οποία επιλέγονται λόγω του παρόμοιου μεγέθους τους και την ευκολία εντοπισμού. Χρησιμοποιώντας μια μεμβράνη polycarbonate (ενός τύπου πλαστικού) που έλαβαν θεραπεία με ατμών κατατεθεί στρώμα ενός άλλου πολυμερούς, οι ερευνητές ήταν σε θέση να διαχωρίσει τις δύο χρωστικές ουσίες πολύ αποτελεσματικά, με περισσότερες από 200 φορές περισσότερα από έναν τύπο που διέρχεται από το άλλο. Η διαδικασία επίστρωσης να μην χρησιμοποιείται μόνο προσθέτει τη δυνατότητα για τη διάκριση μεταξύ των μορίων που βασίζονται σε διαφορετικές πεποιθήσεις τους για το νερό, αλλά με επίστρωση το εσωτερικό του σωλήνα που μοιάζει με τους πόρους στο υλικό αυτό παρέχει επίσης έναν τρόπο για τη δημιουργία εξαιρετικά μικρών πόρων ομοιόμορφο μέγεθος - πολύ μικρότερα από ό, τι μπορεί να παραχθεί με τις συμβατικές μεθόδους.

Joerg Lahann, αναπληρωτής καθηγητής της χημικής μηχανικής στο Πανεπιστήμιο του Μίτσιγκαν ο οποίος δεν συμμετείχε στο έργο αυτό, λέει ότι η ικανότητα της ομάδας να παράγει μικροσκοπικά, ομοιόμορφους πόρους μικρότερα από 10 νανόμετρα (δισεκατομμυριοστά του μέτρου) σε όλη αποτελεί η ίδια ένα σημαντικό επίτευγμα που λύνει ένα σημαντικό πρόβλημα στην υπάρχουσα τεχνολογία nanoseparation.

Για να ελέγξετε πώς λειτουργεί το σύστημα, η ομάδα προσπάθησε να κάνει δύο διαφορετικά είδη των πόρων - μερικές που ήταν ομοιόμορφα μεγέθους σωλήνες, άλλοι ότι είχε ένα στενό σημείο συμφόρησης σε ένα σημείο και στη συνέχεια διευρύνθηκε έξω. Η ομοιόμορφη κύλινδροι ήταν πολύ πιο αποτελεσματική, γεγονός που αποδεικνύει ότι ο βασικός παράγοντας είναι η αλληλεπίδραση των μορίων με τον τοίχο του πόρων σε ολόκληρο το μήκος του, που στην προκειμένη περίπτωση ήταν περίπου 4.000 φορές το πλάτος.

Στη μεγάλη παραγωγή φαρμάκων, πολλές διαδικασίες περιλαμβάνουν χημικές αντιδράσεις στις οποίες τόσο τα αντιδρώντα και τα χημικά που παράγονται είναι πολύ παρόμοια σε μοριακό μέγεθος, ώστε να είναι σε θέση να διαχωρίσει τις δύο αποτελεσματικά θα μπορούσε να είναι μια σημαντική πρόοδο στο να αφεθεί μεγάλης απόδοσης επεξεργασία αντί των μικρών παρτίδων παραγωγής, όπως γίνεται σήμερα, Asatekin λέει.

Εκτός από τις πιθανές εφαρμογές στην κατασκευή φαρμάκων, όπως μεμβράνες θα μπορούσε να είναι σημαντικό για την ανίχνευση των βιολογικά σημαντικών μορίων. Για παράδειγμα, ο στρατός των ΗΠΑ, το οποίο χρηματοδότησε την έρευνα αυτή από το Ινστιτούτο για τη νανοτεχνολογία Στρατιώτη, ενδιαφέρεται για την πιθανή χρήση τους στους ανιχνευτές που θα μπορούσε να προσδιορίσει ένα δείκτη χημικών το σώμα παράγει όταν μια φλεγμονώδη αντίδραση ενεργοποιείται, το οποίο θα μπορούσε να είναι ένας τρόπος για γρήγορα αποκαλύπτοντας ότι το σώμα είχαν εκτεθεί σε μια τοξίνη, ακόμη και χωρίς να γνωρίζει ποια είναι η τοξίνη αυτή.

Ως επόμενο βήμα, Asatekin και Gleason σχέδιο για να δοκιμάσει την τεχνική για το διαχωρισμό βιομορίων που έχουν πραγματική σημασία για βιολογικές διαδικασίες, να αποδείξει ότι εργάζεται για τα υλικά που θα μπορούσαν να παρουσιάζουν ενδιαφέρον για τις πραγματικές εφαρμογές.

Ο καθηγητής Ματίας Ulbricht, πρόεδρος της τεχνικής χημεία στο Πανεπιστήμιο του Duisburg-Essen στη Γερμανία, καλεί αυτό μια «ισχυρή πειραματική επίδειξη" μιας νέας τεχνικής που λέει και πολλά υποσχόμενο για πρακτικές εφαρμογές.

«Αυτή η μελέτη ανοίγει ένα νέο δρόμο για την πραγματικά« προσαρμοσμένες »νανοπορώδεις μεμβρανών με διαφορετική εκλεκτικότητα από εκείνες των παραδοσιακών μεμβράνες», λέει. "Περισσότερα πειραματική εργασία προς την προετοιμασία των μεμβρανών με ποικίλη δομή και άλλα πειράματα διαχωρισμού θα πρέπει να γίνει. Ωστόσο, είμαι αισιόδοξος ότι η πολλά υποσχόμενη προοπτική μπορεί να αποδειχθεί στην πράξη σε αυτές τις μελέτες παρακολούθησης. "

Πηγή: http://web.mit.edu/

Last Update: 7. October 2011 07:01

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