g u t x .com.tr İpek yolu - Çin'i anlamaya götürürüm

Grafen sayesinde atom ölçekli kılcal damarlar en küçük sodyum iyonlarını bloke edebilir!

Manchester Üniversitesi Ulusal Grafen Enstitüsü'ndeki araştırmacılar ilk kez atom büyüklüğünde yapay bir kanal oluşturmayı başardılar. Yeni kılcal damarlar, akuaporinler gibi doğal protein kanallarına çok benzerler, sodyum ve klorür gibi en küçük iyonların akışını engelleyecek kadar küçüktürler, ancak suyun serbestçe akmasına izin verirler. Bu yapı, atom ölçeğindeki moleküler taşınım konusundaki temel anlayışımızı, özellikle biyolojik sistemlerde moleküler taşımayı geliştirmekle kalmaz, aynı zamanda deniz suyu tuzdan arındırma ve filtrasyon teknolojisinde ideal uygulama olanaklarına da sahiptir. Araştırma ekibi lideri Sir Andre Heim şöyle açıkladı: Açıkçası, kılcal damarları bir atomdan daha küçük yapmak imkansız, Geriye dönüp baktığımızda bile başarımız neredeyse imkansız.

Boke Park-Bilim Popülerleştirme: Sadece birkaç yıl önce, bu kadar küçük kılcal damarları hayal etmek zordu. Akuaporinler gibi doğal olarak oluşan protein kanalları hızlı su penetrasyonuna izin verir, ancak sterik itme (boyut) ve elektrostatik itme gibi mekanizmalar nedeniyle 7a'dan büyük hidratlanmış iyonlar bloke edilir. Araştırmacılar yapay kılcal damarların doğal kılcal damarlar gibi çalışmasını sağlamaya çalışıyorlar, ancak nano ölçekli gözenekler ve nanotüpler yapımında büyük ilerlemeye rağmen, bu yapıların tümü şu ana kadar biyolojik kanallardan çok daha büyüktü. Geim ve meslektaşları şimdi sadece yaklaşık 3,4 A yüksekliğinde bir kanal oluşturdular. Bu, 6,6 a çapa sahip olan K + ve Cl- gibi en küçük hidratlanmış iyonların yaklaşık yarısı kadardır. Bu kanallar protein kanalları gibi davranırlar ve bu iyonları bloke edecek kadar küçüktürler, ancak su moleküllerinin (çapı yaklaşık 2.8 a) serbestçe geçmesine izin verecek kadar büyüktürler.

Resim: Manchester Üniversitesi

Daha da önemlisi, bu yapı, düşük maliyetli, yüksek verimli tuzdan arındırma filtreleri ve ilgili teknolojilerin geliştirilmesine yardımcı olabilir - bu, bu alandaki araştırmacılar için kutsal kasedir. Araştırmacılar bulgularını Science'ta yayınladılar ve grafen araştırmalarının sonucu olan "atomik Lego" olarak da bilinen bu yapıyı oluşturmak için Van der Waals montaj teknolojisini kullandılar. Sadece 50 ve 200 nanometre kalınlığındaki atomik düzlem nanokristaller, grafit kütlesinden ayrıldı ve daha sonra benzer atomik düzlem kristalleri daha sonra iki kristal arasına yerleştirildiğinde, bu nanokristallerin yüzeyine tek katmanlı bir grafen levha yerleştirildi. O zamanlar bu şeritler ara parça görevi görüyor. Ortaya çıkan üç katmanlı montaj, orta düzlem boşluğuna bağlı bir çift kenar çıkığı olarak görülebilir Bu boşluk yalnızca bir atomik su katmanını barındırabilir. Bu, tek katmanlı bir grafen filmin bir ara katman olarak kullanıldığı ilk seferdir, bu nedenle yeni kanal önceki herhangi bir yapıdan farklıdır.

Manchester Üniversitesi'ndeki bilim adamları tarafından tasarlanan iki boyutlu kılcal damarlar 130 nanometre genişliğinde ve birkaç mikron uzunluğundadır. Kanalın su ve iyon akışı için tek kanal olmasını sağlamak için iki ayrı kabı ayıran bir silikon nitrür film üzerine monte edin. Şimdiye kadar araştırmacılar, çok daha kalın olan (yaklaşık 6,7 fit yüksekliğinde) kılcal damarlardan akan su miktarını ölçebiliyorlar. Moleküler dinamik simülasyonlarından bazıları van der Waals yerçekimi nedeniyle daha küçük iki boyutlu boşluğun çökmesi gerektiğini gösterse de, diğer hesaplamalar, çatlaklardaki su moleküllerinin aslında tek bir atom yüksekliğindeki çatlakları önlemek için destekleyici bir rol oynayabileceğine işaret ediyor. (Sadece 3,4 fit uzunluğunda) çöktü, bu gerçekten de Manchester ekibi tarafından bir deneyde keşfedildi. Kanaldaki su geçirgenliği, yerçekimi ölçümü adı verilen bir teknik kullanılarak ölçülür.

Burada küçük kapalı bir kaptaki suyun kılcal damarlardan tamamen buharlaşmasına izin veriyoruz ve ardından kabın birkaç saat içinde ne kadar ağırlık kaybettiğini (mikrogram hassasiyetiyle) doğru bir şekilde ölçüyoruz. Bunu yapmak için, araştırmacılar ölçüm hassasiyetini artırmak için aynı anda çok sayıda kanal (100'ün üzerinde) kurdular. Sarkmayı önlemek için daha kalın bir üst kristal de kullanılır ve burada ince kenardan sunulan herhangi bir olası tıkanmayı ortadan kaldırmak için kapiler üst açıklığı kesilir (plazma aşındırma kullanılarak). İyon akımını ölçmek için iyonlar, bir elektrik alanı uygulanarak kılcal damarlardan geçmeye zorlanır ve ardından ortaya çıkan akım ölçülür. Kılcal damarlarımız iki atom kadar yüksekse, küçük iyonların kılcal damarlarda tıpkı büyük suda olduğu gibi serbestçe hareket edebildiğini, aksine hiçbir iyonun son küçük atom kanalımızdan geçemediğini görürüz.

Tek istisna, çapı birkaç angstrom olan nispeten büyük bir hidrasyon kabuğunda bulunan iyonlar yerine, suda hareket eden gerçek atom altı parçacıklar olarak kabul edilen protonlardır. Bu nedenle, kanal tüm hidratlanmış iyonları bloke eder ancak protonların geçmesine izin verir. Bu kılcal damarlar protein kanallarıyla aynı şekilde davrandıklarından, tıpkı anstrom ölçeğindeki biyofiltrelerde olduğu gibi, moleküler ölçekte su ve iyonların davranışının daha iyi anlaşılması için önemli olacaktır. Araştırma çalışmaları (mevcut ve önceki çalışmalar dahil), atomik olarak hapsolmuş su ve dökme suyun özelliklerinin çok farklı olduğunu göstermiştir.Örneğin, çok katmanlı hale gelir, farklı bir yapıya sahiptir ve tamamen farklı dielektrik özellikler sergiler.