Araştırmacılar İşlevselleştirilmiş Nanokanallarda Şaşırtıcı İyonik ve Akış Davranışları Gözlemledi
Fotoğraf : PE-fırça aşılı nanokanal sisteminin şeması (solda). Uygulanan elektrik alan kuvveti ile ters akış (sağda).
Maryland Üniversitesi Mühendislik Araştırma Ekibi, nano sistemlerde aşırı tarama, akış tersine çevirmeyi gösteriyor.
Nanokanalların biyotıp, algılama ve diğer birçok alanda önemli uygulamaları vardır. Nanoteknoloji alanında çalışan mühendisler yıllardır bu küçük, tüp benzeri yapıları imal ediyor olsalar da, bu yapıların özellikleri ve davranışları hakkında pek çok şey bilinmiyor.
Maryland Üniversitesi Makine Mühendisliği doçenti Siddhartha Das ve bir grup doktora öğrencisi ACS Nano dergisinde şaşırtıcı yeni bulgular yayınladılar. Das ve ekibi, atom düzeyindeki simülasyonları kullanarak işlevselleştirilmiş bir nanokanal içindeki yük özelliklerinin yanı sıra yüke bağlı sıvı akışının her zaman beklendiği gibi davranmadığını gösterdi.
Das, polimerlerin veya diğer maddelerin nanokanala aşılanmasına atıfta bulunarak, “İç duvarlarını yüklü polimer molekülleri (polielektrolitler veya PE’ler olarak da bilinir) ile aşılayarak işlevsel hale getirilen nanokanallar için yeni bir bağlam keşfettik” dedi. “Nanokanalların işlevselleştirilmesi yeni değil. Ancak, bu tür sistemlerin davranışlarını ve özelliklerini, yük özellikleri ve sıvı akışını düzenleme yetenekleri bağlamında anlama açısından bir paradigma değişimi bulduk. ”
Das, “Örneğin, bu tür işlevselleştirilmiş nanokanallarda yeni bir akış davranışı türü keşfettik; bir nanokanala uygulanan elektrik alanının büyüklüğünü artırarak, bu elektrik alan güdümlü akışın yönü (genellikle elektroozmotik akış olarak bilinir) tersine çevrilebilir” dedi.
Das ve öğrencilerinin hazırladığı makale, üç özel keşfi detaylandırıyor. İlk olarak, polielektrolitler nanokanalın iç duvarına bir katman şeklinde aşılandıklarında, bu polielektrolit katmanının belirli koşullar altında şaşırtıcı bir elektrik yükünün tersine döneceğini gösterdiler. Normalde, negatif polielektrolit molekülleri nano kanala bağlanmışsa, yakındaki polielektrolit tabakasının net bir negatif yükü olmalıdır. Bununla birlikte, Das ve öğrencileri, yükün tersine döndüğü ve katman içindeki net yükün, katman içindeki daha fazla sayıda pozitif iyonun (polielektrolit katmanının yükünü taramak için gerekenden daha fazla) çekmesi nedeniyle pozitif olduğu durumları belirledi. -bu fenomen “aşırı tarama” olarak bilinir.
Ekip daha sonra bu aşırı taramanın nanokanal içindeki harici elektrik alan tahrikli akışı nasıl etkilediğini araştırdı. Şaşırtıcı bir şekilde, bu tür durumlarda akışın kanal duvarlarına aşılanan polielektrolit ile aynı yüke sahip iyonlar tarafından yönlendirildiğini buldular; bu nedenle, negatif yüklü bir polimer, çevresinde net bir pozitif alan yaratır, ancak akış, negatif iyonlar tarafından yönlendirilir.
Das, “Buna ‘ko-iyon tahrikli elektro-ozmoz’ diyoruz ve çalışmamız bu fenomenin ilk kez tespit edildiğini gösteriyor,” dedi.
Son olarak ekip, elektrik alanının büyüklüğünün artmasının beklenmedik sonuçlarını gösterdi: Nanokanala bağlı PE molekülleri deforme olur ve aşırı tarama örneğine neden olan iyonlar PE katmanından kaçmaya başlar. Bu, aşırı taramanın durmasına neden olur ve ayrıca kanaldaki akış yönünü tersine çevirir: örneğin soldan sağa hareket ediyorsa, sağdan sola geçer. Das “Bunu kimse tahmin etmedi,” dedi.
Das, bulguların önemli olduğunu, çünkü nanokanallara olan ilginin çoğunun molekülleri taşıma yetenekleriyle ilgili olduğunu söyledi. Das, “Akış çok önemli olduğundan, bu alandaki yeni bir keşif, nanokanalların nasıl çalıştığı ve onlarla neler yapabileceğimiz konusundaki anlayışımızı geliştirmemize olanak tanıyor,” dedi. “Akışı tersine çevirmenin başka yöntemleri de var, ancak şimdiye kadar bunu alan gücünü artırarak başarabileceğimiz bilinmiyordu.”
Kaynak : eurekalert.org
