211service.com
Kristaller gjorda för att gro små rör
Forskare har upptäckt ett sätt att odla små mikrometerrör från material som fungerar som katalysatorer och gassensorer. Genom att skapa nätverk av dessa rör säger forskarna att de kan skapa kompakta labb-på-ett-chip-enheter där själva kanalerna är gjorda av katalysatorn eller avkänningsmaterialet. Du kan kasta kemikalier genom ett rör med mycket stor yta och potentiellt göra mycket effektiv katalys, säger Lee Cronin , en professor i kemi vid University of Glasgow, U.K., som ledde arbetet.
Magiska rör: Oorganiska kristaller placerade i en lösning av fluorescerande molekyler börjar växa rör automatiskt. Rören är tillräckligt robusta för att kunna injiceras med vätska (överst till höger). Forskare kan också smälta samman två rör (mitten) och skapa design med rören genom att styra tillväxten med elektriska fält (nedre till höger).
I en artikel publicerad i tidskriften Naturkemi , Cronin och hans kollegor rapporterar att de kan kontrollera diametern på rören och hastigheten med vilken de växer. Dessutom kan de genom att använda enkla knep styra rörens tillväxtriktning och kan slå samman två rör för att skapa olika strukturer.
Att odla mikrofluidiska enheter på detta sätt kan vara enklare än att använda nuvarande litografitekniker, säger Cronin. Vi kan odla rör på samma sätt som du styr linjer på en Etch A Sketch, säger han. Du växer bara väldigt snabbt på några sekunder den enhet du vill ha.
De oorganiska kristallerna som forskarna använder tillhör en klass av kemikalier som kallas polyoxometalater. Dessa negativt laddade kluster av metall- och syreatomer är utmärkta katalysatorer för många olika reaktioner inom den kemiska industrin. De är också bra på att känna av och adsorbera gaser och används för att avlägsna giftiga föreningar som kväveoxider och svaveldioxid från rökgasströmmar. Genom att använda olika metallatomer kan forskare skapa polyoxometalater med olika kemiska egenskaper. Polyoxometalater har stor strukturell mångfald och mångsidighet, såväl som många alternativ för att modifiera fysiskt och kemiskt beteende, säger Paul Kogerler , professor i kemi vid RWTH Aachen University, i Tyskland.
För att skapa sina mikrorör använder Glasgow-forskarna kristaller som innehåller volfram. När de lägger dessa negativt laddade metalloxidkristaller i vatten och lägger till positivt laddade fluorescerande molekyler, börjar kristallerna att gro rör på bara några sekunder.
Cronin förklarar att de positiva och negativa molekylerna går samman för att bilda ett membran på kristallens yta. Trycket inuti detta membran byggs upp tills det spricker och metalloxidmaterialet inuti strömmar ut i en stråle. När det strömmar ut börjar det automatiskt bilda ett ihåligt rör genom vilket mer och mer material kan rinna ut. Röret växer tills allt som är kvar av kristallen är det ihåliga membranskalet.
Forskarna kan ändra rörens diametrar och hastigheten med vilken de växer genom att ändra koncentrationen av de fluorescerande molekylerna. Rören sträcker sig från 1 till 120 mikrometer breda. Genom att lägga på en spänning kan de få rören att växa i specifika riktningar. De kan göra grenade rör på två olika sätt. Den ena är att låta två rör kollidera, vilket gör att ett enda rör kommer fram vid kollisionspunkten. Den andra är att punktera ett rör med en mikromanipulatornål så att materialet rinner ut och växer ytterligare en gren. För att visa att rören är ihåliga och kan bära vätskor injicerar forskarna fluorescerande färg genom dem.
Kogerler säger att arbetet är lovande eftersom rören behåller sin struktur och inte sönderfaller. Dessutom har de ett relativt högt förhållande mellan yta och volym, vilket är fördelaktigt för katalys- och avkänningsapplikationer. Men det är ännu inte uppenbart att de kommer att vara idealiska för dessa applikationer. Det beror på att ytan på rören inte bara är gjord av sammanlänkade polyoxometalatmolekyler: den innehåller också positivt laddade fluorescerande molekyler. Frågan är, skulle du få någon form av reaktivitet av det? frågar Kogerler.
Kogerler säger att det skulle vara riktigt intressant om forskarna kunde hitta ett sätt att odla liknande rör i nanometerintervallet. Metalloxidföreningar är kända för att bilda strukturer i denna skala, och tillvägagångssättet skulle ge ännu större ytor.