211service.com
Buckyballs z niespodzianką
Startup Luna nanoWorks z Wirginii zbliża się do komercjalizacji nowatorskiej wersji buckyballs – cząsteczek węgla w kształcie piłki nożnej – które według firmy mogą poprawić obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (MRI) i doprowadzić do wysokowydajnych ogniw słonecznych. Każda kulka buckyballa składa się z 80 atomów węgla z uwięzionymi wewnątrz klastrami metalo-azotków, tworząc nanomateriał o nowych właściwościach elektronicznych, optycznych i magnetycznych.
Luna nanoWorks komercjalizuje nowy rodzaj buckyballa, w którym 80 atomów węgla zawiera trzy atomy metalu ziem rzadkich w kompleksie azotku metalu. Według firmy, cząsteczka daje nadzieję na poprawę obrazów MRI i wytwarzanie wysokowydajnych ogniw słonecznych. (Źródło: Robert Lenk, Prezes, Luna nanoWorks)
Nowy materiał został po raz pierwszy wykonany przez Harry Dorn i jego koledzy z Virginia Tech w Blacksburgu w stanie Wirginia przez przypadek. Naukowcy zwykle tworzą kule buckyballa – najpowszechniejsze są puste kule zbudowane z 60 atomów węgla – poprzez zajarzenie łuku elektrycznego między dwiema grafitowymi elektrodami. Kiedy naukowcy z Virginia Tech wytwarzali te fulereny za pomocą elektrod z metalowym katalizatorem, powietrze przedostało się do komory łuku elektrycznego. Rezultatem była duża liczba 80-węglowych klatek buckyball, każda z cząsteczką azotku metalu z trzema atomami metalu uwięzionymi w środku.
Naukowcy już wcześniej zamykali molekuły metalu w buckyballach, ale są to pierwsze buckyballe zawierające wysoce niestabilne molekuły azotku metalu. Co więcej, sam 80-węglowy buckyball był niezwykły: nikt wcześniej go nie robił, ani pusty, ani wypełniony. Chociaż molekuły azotku metalu i 80-węglowy buckyball nie istnieją samodzielnie, stabilizują się nawzajem w nowym układzie. Luna nanoWorks z siedzibą w Danville w stanie Wirginia może wytwarzać fulereny z różnymi kombinacjami metali ziem rzadkich, takich jak skand, itr i lantan.
Buckyball ma ujemny ładunek netto, podczas gdy metalowy klaster ma netto dodatni ładunek. Taki rozkład ładunku metalicznej cząsteczki fulerenu nadaje jej interesujące właściwości, które badacze wciąż starają się zrozumieć. Mówi się, że to bardzo niezwykły materiał, a nie zwykła mieszanka James Cross , profesor chemii na Uniwersytecie Yale. Z łatwością mogą znaleźć różne praktyczne zastosowania, z których najbardziej obiecującym jest ulepszenie MRI, mówi.
Luna nanoWorks, która licencjonowała technologię od Virginia Tech, twierdzi, że materiały można wykorzystać jako bardziej skuteczny środek kontrastowy w MRI, który służy do obrazowania miękkich tkanek ciała, takich jak mózg i rdzeń kręgowy. Lekarze obecnie wstrzykują gadolin do organizmu pacjenta tuż przed badaniem MRI. Metal poprawia rozdzielczość skanów i zwiększa kontrast obrazu. Ale gadolin jest toksyczny, więc jest owinięty związkiem organicznym. To nie eliminuje całkowicie ryzyka toksyczności, mówi Cross, i ogranicza ilość gadolinu, którą lekarze mogą wstrzyknąć do organizmu pacjenta.
W przeciwieństwie do tego, 80-węglowy buckyball jest znacznie silniejszą klatką do wychwytywania azotku gadolinu dla następnej generacji środków kontrastowych, w których chcesz skierować je na konkretny narząd lub stan chorobowy, mówi Robert Lenk, prezes Luna nanoWorks. Rzeczywiście, Dorn i jego koledzy z Virginia Tech wykazali, że fulereny z azotku metali wykazują 40 razy lepszy kontrast niż środki kontrastowe dostępne obecnie na rynku, chociaż dokładny mechanizm tego nie jest jeszcze poznany. Zanim jednak materiał będzie mógł zostać użyty do rezonansu magnetycznego, musiałby przejść szereg testów bezpieczeństwa i toksyczności oraz uzyskać zgodę Agencji ds. Żywności i Leków. Firma planuje to zrobić po pełnym opracowaniu materiału.
Uwięzienie innych metali w buckyballu może prowadzić do różnych zastosowań. Luna nanoWorks planuje wykorzystać te nanomateriały do produkcji nowych typów wysoce wydajnych ogniw słonecznych, chociaż Lenk odmówił wyjaśnienia, jak one będą działać. Kiedy fotony uderzają w materiały fotowoltaiczne, tworzą się ujemnie naładowany elektron i dodatnio naładowana dziura, które często rekombinują i nie przyczyniają się do powstania prądu elektrycznego. Jednym z aktywnych obszarów badań w tej chwili jest znalezienie wydajniejszych sposobów rozdzielenia pary elektron-dziura, zanim zdążą się one zrekombinować, a tym samym zwiększenie wydajności paneli słonecznych, mówi Lenk.
Luna nanoWorks już sprzedaje naukowcom miligramowe ilości materiałów, a możliwość wytworzenia tak stosunkowo dużych ilości wyróżnia firmę spośród innych w dziedzinie badań, mówi Cross. Podczas gdy grupy niemieckie i japońskie wykonały znaczną pracę nad fulerenami z azotku metali, żaden nie był w stanie wytworzyć odpowiednich ilości materiału. Dostają kilka mikrogramów tych rzeczy, mówi Cross. Wyraźnie nie wystarczyło zrobić jakąkolwiek poważną chemię lub znaleźć jakieś zastosowania. Z drugiej strony metoda Dorna tworzy gramy materiału.
Jest wiele rzeczy, które można zrobić z tym materiałem, umieszczając w nim różne cząsteczki metalu, mówi Cross. Równie dobrze może to być prototyp znacznie obszerniejszej serii związków, które mogą mieć własny zestaw interesujących właściwości.