Auto za normálních okolností rychlé přepravy v membránách z uhlíkových nanotrubiček může podporovat lidské zdraví

Umělé dodávání iontů rychlých iontů do uhlíkových nanotrubiček s jednou stěnou uhlíku Malé ionty, jako je draslík, chlorid a sodík, pronikají objemem uhlíkových nanotrubiček v rozsahu nanometrů rychlostí větší než je hmotnost vody. Půjčka. Obrázek Francesco Fornasiero / LLNL.

Vědci z Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) zjistili, že pórovitost uhlíkových nanočástic může umožnit vysokorychlostní dialýzu, což výrazně zkrátí dobu léčby hemodialyzovaných pacientů.

Schopnost rozdělit molekulární složky na komplexní řešení je důležitá pro mnoho biologických a člověkem způsobených procesů. Jedním ze způsobů je použití koncentračního gradientu s porézní membránou. To pohání ionty nebo molekuly menší než průměr pórů z jedné strany membrány na druhou současně, čímž blokuje vše, co je příliš velké na to, aby se do pórů vešlo.

V přírodě mohou biologické membrány, jako jsou ledviny nebo játra, provádět komplexní čištění při zachování vysoké propustnosti. Syntetické membrány však často zápasí se známým kompromisem volby mezi „propustností“. Stejné vlastnosti materiálu, které určují, co může nebo nemusí projít membránou, nevyhnutelně snižuje filtrační rychlost.

V úžasném objevu publikovaném v časopise Pokročilá vědaVědci z LLNL zjistili, že pórovitosti v uhlíkových nanotrubičkách (grafitové válce, které mají tisíckrát menší průměr než lidské vlasy) mohou poskytnout řešení kompromisu v oblasti propustnosti a selektivity. Při použití koncentračního gradientu jako hnací síly bylo zjištěno, že malé ionty, jako je chlorid draselný a sodný, se dispergují skrz tyto drobné póry rychleji než větší hmoty než při pohybu hmotným roztokem.

„Tento výsledek byl neočekávaný, protože obecná shoda v literatuře je, že rychlost difúze pórů tohoto průměru by měla být stejná nebo nižší, než vidíme ve velkém počtu,“ uvedl Steven Buchsbaum, hlavní autor článku.

„Naše nálezy obohacují řadu zajímavých, často nepochopených jevů nanofluidů, které byly nedávno objeveny během několika nanometrů,“ dodal vedoucí projektu Francesco Fornasiero.

Tým je přesvědčen, že tato práce má významné důsledky pro řadu technologických oblastí. Membrány, které používají uhlíkové nanotrubice jako transportní cesty, mohou umožnit hemodialýzu ultrazvukem, což výrazně zkrátí dobu léčby. Podobně lze drasticky snížit náklady na čištění proteinů a dalších biomolekul a také na získání cenných produktů z roztoků elektrolytů. Vylepšený transport iontů v malých grafických pórech může umožnit kompresorům s vysokou hustotou energie přiblížit se iontům i blízko velikosti pórů.

K provedení těchto studií použil tým předem navržené membrány, které umožňují transport pouze o průměru několika nanometrů dutinou vyrovnaných uhlíkových nanotrubiček. Použitím konvenční difuzní cely byl na tyto membrány aplikován koncentrační gradient, byla měřena rychlost přenosu různých solí vodou. „Vyvinuli jsme přísné kontrolní testy, abychom se ujistili, že neexistuje žádné další možné vysvětlení zaznamenaných velkých toků iontů, jako je transport, ke kterému dochází prostřednictvím emisí nebo defektů v našich membránách,“ uvedl Buchsbaum.

Abychom lépe porozuměli, proč k tomuto chování dochází, požádal tým o pomoc několik odborníků na LLNL. Anh Pham և Ed Lau použil výpočetní simulace a April Sawvel použila nukleární magnetickou rezonanční spektroskopii ke studiu pohybu iontů uvnitř uhlíkových nanotrubiček. Několik možných vysvětlení bylo úspěšně vyloučeno, takže obraz je jasnější. Úplné kvantitativní porozumění pozorovaným rychlostem přepravy se však stále vyvíjí.

Odkaz. „Rychlá penetrace malých iontů do uhlíkových nanotrubiček“, autor: Steven F. Buchsbaum, Melinda L. Jue, April M. Sawvel, Chiatai Chen, Eric R. Meshot,
Park Sei Jin, Marissa Wood, Kuang Jen Wu, Camille L. Bilodeau, Fikret Aydin, Tuan Anh Pham, Edmond Y. Lau և Francesco Fornasiero, 20. prosince, Pokročilá věda,
DOI: 10,1002 / tipy.202001802

Mezi další přispěvatele do této práce patří Melinda Yuwen, Kiatai Chen, Eric Mashot, Sei Jin in Park, Marisa Wood և Quang en Woon z LLNL և Camille Bilodo z Renselare Polytechnic Institute. Tuto práci podpořilo ministerstvo chemických a biologických technologií Agentury pro obranné ohrožení: „Dynamické multifunkční materiály pro druhou kůži[MS]2:“Program:

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Naneste na krém Deep Heat

Podle Experimentální biologie 6. května 2021 Studie odhalila zvýšení aerobního výkonu u sportovců, kteří používali krém s hlubokým teplem bez lékařského předpisu. Hluboké tepelné krémy, které sportovci...

Skladování obnovitelné energie v kamenech místo lithiových baterií

V případě přebytku elektřiny z větru nebo slunce se energetická rezerva nabije. To se děje prostřednictvím systému kompresorů a turbín, které čerpají tepelnou...

Byly vyvinuty ploché nudle, které se při vaření transformují do tvaru

CMU Lab vede vývoj nudlí, které se při vaření transformují do tvaru. Fotografický kredit: Carnegie Mellon University Ploché nudle zajišťují udržitelnější balení, přepravu a...

Houby mohou léčit bakterie a obohatit půdu o živiny

Aeroskulární mykorhizní houby se rozprostírají přes dlouhé vláknité struktury zvané krásně až k zemi. Krásy, menší než lidské vlasy, lze vidět mezi kořeny...

Světlo zapíná barvy a vzory objektů

Nový systém využívá ultrafialové světlo, které se promítá na objekty natřené barvou aktivující světlo, ke změně reflexních vlastností barvy a vytváření obrazů během několika...

Newsletter

Subscribe to stay updated.