211service.com
Kryształy stworzone do kiełkowania maleńkich rurek
Naukowcy odkryli sposób na hodowanie maleńkich rurek w skali mikrometrowej z materiałów, które działają jak katalizatory i czujniki gazu. Tworząc sieci tych rurek, naukowcy twierdzą, że mogliby stworzyć kompaktowe urządzenia typu laboratorium na chipie, w których same kanały są wykonane z katalizatora lub materiału czujnikowego. Można wrzucić chemikalia przez rurkę o bardzo dużej powierzchni i potencjalnie przeprowadzić bardzo wydajną katalizę, mówi Lee Cronin , profesor chemii na Uniwersytecie w Glasgow w Wielkiej Brytanii, który kierował pracami.
Magiczne tuby: Kryształy nieorganiczne umieszczone w roztworze cząsteczek fluorescencyjnych zaczynają automatycznie rosnąć w rurkach. Rurki są na tyle wytrzymałe, że można je wstrzykiwać płynem (prawy górny róg). Naukowcy mogą również łączyć ze sobą dwie rurki (w środku) i tworzyć projekty z rurkami, kierując wzrost za pomocą pól elektrycznych (u dołu po prawej).
W artykule opublikowanym w czasopiśmie Chemia przyrody , Cronin i jego koledzy donoszą, że mogą kontrolować średnice rurek i prędkość, z jaką rosną. Co więcej, za pomocą prostych sztuczek mogą kontrolować kierunek wzrostu rurek i łączyć ze sobą dwie rurki, tworząc różne struktury.
Hodowla urządzeń mikroprzepływowych w ten sposób może być prostsza niż przy użyciu obecnych technik litograficznych, mówi Cronin. „Jesteśmy w stanie hodować tuby w taki sam sposób, w jaki kontrolujesz linie na szkicu Etch A”, mówi. Po prostu bardzo szybko rozwijasz urządzenie, które chcesz.
Kryształy nieorganiczne, których używają naukowcy, należą do klasy związków chemicznych znanych jako polioksometalany. Te ujemnie naładowane skupiska atomów metalu i tlenu są doskonałymi katalizatorami wielu różnych reakcji w przemyśle chemicznym. Są również dobre w wykrywaniu i adsorpcji gazów i są używane do usuwania toksycznych związków, takich jak tlenki azotu i dwutlenek siarki ze strumieni gazów spalinowych. Wykorzystując różne atomy metali, naukowcy mogą tworzyć polioksometalany o różnych właściwościach chemicznych. Polioksometalany mają dużą różnorodność strukturalną i wszechstronność, a także wiele opcji modyfikacji zachowania fizycznego i chemicznego, mówi Paul Kogerler , profesor chemii na RWTH Aachen University w Niemczech.
Do stworzenia mikrorurek naukowcy z Glasgow wykorzystują kryształy zawierające wolfram. Kiedy umieszczają te ujemnie naładowane kryształy tlenku metalu w wodzie i dodają dodatnio naładowane cząsteczki fluorescencyjne, kryształy zaczynają wypuszczać rurki w ciągu zaledwie kilku sekund.
Cronin wyjaśnia, że dodatnie i ujemne cząsteczki łączą się, tworząc membranę na powierzchni kryształu. Ciśnienie wewnątrz tej membrany narasta, aż pęknie, a znajdujący się wewnątrz materiał tlenku metalu wylewa się strumieniem. Wypływając, automatycznie zaczyna tworzyć pustą rurkę, przez którą może wypływać coraz więcej materiału. Rura rośnie, aż wszystko, co pozostaje z kryształu, to wydrążona powłoka membrany.
Naukowcy mogą zmieniać średnice rurek i tempo ich wzrostu poprzez zmianę stężenia cząsteczek fluorescencyjnych. Rurki mają szerokość od 1 do 120 mikrometrów. Poprzez przyłożenie napięcia mogą sprawić, że lampy będą rosły w określonych kierunkach. Mogą robić rozgałęzione rurki na dwa różne sposoby. Jednym z nich jest zderzenie dwóch rur, co powoduje, że w punkcie zderzenia wyłania się pojedyncza rura. Drugim jest nakłucie rurki igłą mikromanipulatora, aby materiał wypłynął i wyrosła kolejna gałąź. Aby pokazać, że rurki są puste i mogą przenosić płyny, naukowcy wstrzykują przez nie barwnik fluorescencyjny.
Kogerler mówi, że praca jest obiecująca, ponieważ rurki zachowują swoją strukturę i nie ulegają rozkładowi. Ponadto mają stosunkowo wysoki stosunek powierzchni do objętości, co jest korzystne w zastosowaniach katalizy i wykrywania. Ale nie jest jeszcze jasne, czy będą idealne do tych zastosowań. Dzieje się tak, ponieważ powierzchnia rurek składa się nie tylko z połączonych ze sobą cząsteczek polioksometalanu: zawiera również dodatnio naładowane cząsteczki fluorescencyjne. Pytanie brzmi, czy zyskałbyś dzięki temu jakąkolwiek reaktywność? - pyta Kogerler.
Kogerler mówi, że byłoby naprawdę interesujące, gdyby naukowcy znaleźli sposób na hodowanie podobnych rur w zakresie nanometrów. Wiadomo, że związki tlenków metali tworzą struktury na taką skalę, a podejście to dałoby jeszcze większe powierzchnie.