Новости космоса и технологий. » Нанотехнологии » Быстрый перенос в мембранах из углеродных нанотрубок может улучшить здоровье человека

Быстрый перенос в мембранах из углеродных нанотрубок может улучшить здоровье человека

Опубликовал: Admin, 8-01-2021, 23:23, Нанотехнологии, 66, 0

Быстрый перенос в мембранах из углеродных нанотрубок может улучшить здоровье человека

Исследователи из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (LLNL) обнаружили, что поры мембраны из углеродных нанотрубок могут способствовать сверхбыстрым процессам диализа, что значительно сокращает время лечения пациентов, находящихся на гемодиализе.

Способность разделять молекулярные составляющие в сложных растворах имеет решающее значение для многих биологических и техногенных процессов. Один из способов - это применение градиента концентрации через пористая мембрана . Это приводит в движение ионы или молекулы размером меньше поры диаметры с одной стороны мембрана к другому, блокируя все, что слишком велико, чтобы пройти через поры.

В природе биологические мембраны например, те, что в почках или печени, могут выполнять сложную фильтрацию, сохраняя при этом высокую пропускную способность. Однако синтетические мембраны часто сталкиваются с хорошо известным компромиссом между селективностью и проницаемостью. Тот же свойства материала которые диктуют, что может и что не может проходить через мембрану, неизбежно снижает скорость, с которой может происходить фильтрация.

В удивительном открытии, опубликованном в журнале Высшая наука , Исследователи LLNL обнаружили, что поры углеродных нанотрубок (графитовые цилиндры, диаметр которых в тысячи раз меньше диаметра человеческого волоса) могут стать решением проблемы компромисса между проницаемостью и селективностью. При использовании градиента концентрации в качестве движущей силы было обнаружено, что небольшие ионы, такие как калий, хлорид и натрий, диффундируют через эти крошечные поры более чем на порядок быстрее, чем при движении в объеме раствора.

«Этот результат был неожиданным, поскольку в литературе существует общее мнение, что скорость диффузии в порах такого диаметра должна быть равна или ниже той, которую мы видим в объеме», - сказал Стивен Бухсбаум, ведущий автор статьи.

«Наше открытие пополняет ряд захватывающих и часто плохо изученных наножидкостных явлений, недавно обнаруженных в пределах нескольких нанометров», - добавил Франческо Форнасьеро, главный исследователь проекта.

Команда считает, что эта работа имеет большое значение в нескольких технологических областях. Мембраны, использующие углеродные нанотрубки в качестве транспортных каналов, могут обеспечить сверхбыстрые процессы гемодиализа, что значительно сократит время лечения. Точно так же можно резко сократить затраты и время на очистку белков и других биомолекул, а также на извлечение ценных продуктов из растворов электролитов. Улучшенный перенос ионов в небольших графитовых порах может позволить создать суперконденсаторы с высокой плотностью мощности даже при размерах пор, близких к размерам ионов.

Для выполнения этих исследований команда использовала ранее разработанные мембраны которые позволяют переносу происходить только через полую внутреннюю часть выровненных углеродных нанотрубок с несколькиминанометровые диаметры. Используя специальную диффузионную ячейку, на эти мембраны наносили градиент концентрации и измеряли скорость переноса различных солей и воды. «Мы разработали строгие контрольные тесты, чтобы убедиться, что не существует другого возможного объяснения записанных больших потоков ионов, таких как перенос через утечки или дефекты в наших мембранах», - сказал Бухсбаум.

Чтобы лучше понять, почему происходит такое поведение, команда обратилась за помощью к нескольким экспертам LLNL. Ан Фам и Эд Лау использовали компьютерное моделирование и April Sawvel использовали Спектроскопия ядерного магнитного резонанса изучить движение ионов внутри углеродных нанотрубок. Несколько возможных объяснений были успешно исключены, что сделало картину более ясной. Однако полное количественное понимание наблюдаемого транспорт ставки все еще разрабатываются.


Источник


У данной публикации еще нет комментариев. Хотите начать обсуждение?

Написать комментарий
Имя:*
E-Mail:
Введите код: *
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив


Поиск по сайту
Полезные ссылки
Оцените работу сайта

TEHNONEWS

Новости космоса технологий нанотехнологий физики и химии