Znajdź zawartość

Uczeni z MIT-u, jako pierwsi w historii, zaobserwowali przepływ pojedynczych jonów przez węglowe nanorurki. Dzięki takiemu osiągnięciu nanorurki można będzie wykorzystać w roli superczułych detektorów oraz do badania reakcji chemicznych na poziomie pojedynczych molekuł. W najnowszym numerze Science naukowcy informują, że naładowane jony sodu czy chloru nie tylko są w stanie przepłynąć szybko przez węglowe nanorurki, ale mogą robić to pojedynczo w danym przedziale czasu. Nanorurkowe kanały są bardzo długie, mają nawet pół milimetra, zatem umożliwiają wykrycie niewielkich molekuł. Obecnie używane są systemy zbudowane z krzemowych membran z wywierconymi otworami. Są one jednak około 20 000 razy krótsze niż kanały z nanorurek. To z kolei oznacza, że mogą przez nie przechodzić tylko duże molekuły, te mniejsze przepłyną tak szybko, że nie zostaną wykryte. Z perspektywy molekularnej są to wyjątkowo wielkie odległości. Takie przerzucanie mostów pomiędzy światem nano a większymi rozmiarami daje nam możliwość zastosowania zjawisk występujących z nanoskali w makroświecie - od oczyszczania wody, poprzez detektory po ogniwa paliwowe - mówi profesor Shekhar Garde z Rensselaer Polytechnic Institute. Profesor Michael Strano, doktor Chang Young Lee oraz studenci Wonjoon Choi i Jea-Hee Han wyprodukowali nanorurkowe kanały na podstawce o powierzchni 1 cm2. Podstawka łączyła ze sobą dwa zbiorniki z wodą. Każdy z nich zawierał elektrodę. Jako, że przepływ prądu uzależniony jest od przepływu jonów, uczeni łatwo mogli stwierdzić, czy jony przedostają się przez nanorurkowy kanał. Jednocześnie zauważono, że przez nanorurkę przepływają nie tylko protony, ale również inne dodatnio naładowane jony. Zaobserwowano przechodzące przez kanał jony sodu. Naukowcy uważają, że obecnie, ze względu na budowę kanałów, tylko jony naładowane dodatnio mogą się przedostać. Chcą jednak stworzyć nanorurkowe kanały transportujące też ujemnie naładowane jony. Gdy już będą mieli dwa typy takich kanałów, zamierzają połączyć je w jednej membranie i wykorzystać ją do odsalania wody morskiej. Obecnie stosowane technologie, takie jak destylacja o odwrotna osmoza są bardzo drogie i wymagają dostarczenia dużych ilości energii. Membrany, dzięki którym z wody morskiej będzie można oddzielić jony sodu i chloru, powinny być znacznie tańszym sposobem odsalania.

Naukowcom z MIT-u udało się skopiować pomysł natury na przeprowadzanie fotosyntezy. Ich wynalazek już na etapie prototypu jest w stanie zamienić w energię elektryczną aż 40% energii padającego nań promieniowania słonecznego. To znacznie więcej niż najdoskonalsze obecnie konwencjonalne ogniwa fotowoltaiczne. Jednym z największych problemów związanych z pozyskiwaniem energii ze Słońca jest fakt, iż promieniowanie słoneczne niszczy wiele materiałów, przez co stopniowo tracą one swoje właściwości. Natura radzi sobie z tym w ten sposób, że przechwytujące światło molekuły ulegają rozbiciu, a następnie ponownie zostają złożone. Dzięki temu element światłoczuły jest ciągle odnawiany, charakteryzuje się zatem wysoką wydajnością. Michael Strano, profesor chemii z MIT-u mówi, że na pomysł naśladowania natury wpadł, czytając o biologii roślin. Byłem naprawdę pod wrażeniem tego, jak wydajny jest mechanizm naprawy roślin. W lecie, w pełnym słońcu liść z drzewa odtwarza swoje proteiny co 45 minut - mówi uczony. Strano postanowił znaleźć sposób na naśladowanie tego mechanizmu. Wraz ze swoim zespołem wyprodukował sztuczne fosfolipidy w kształcie dysku. Fosfolipidy te stanowiły podstawę dla innych, światłoczułych molekuł, nazwanych tutaj centrami reakcji. Gdy uderzył weń foton, uwalniały one elektron. Dyski z fosfolipidów były zanurzone w roztworze zawierającym nanorurki, w których spontanicznie się z nimi łączyły. Nanorurki utrzymywały dyski w uporządkowanym ułożeniu tak, że wszystkie centra reakcji były jednocześnie wystawione na działanie słońca. Nanorurki przewodziły pozyskane elektrony. Gdy do całości dodano surfaktant, cała struktura rozpadała się na swoje części składowe, tworząc zawiesinę. Z kolei po usunięciu surfaktantu - co uzyskiwano przepychając roztwór przez membranę - ponownie dochodziło do spontanicznego zorganizowania się wszystkich składowych w ogniwo fotowoltaiczne. Uczeni zbudowali prototyp według wcześniej opracowanych teoretycznych założeń. Badania wykazały, że po 14 godzinach pracy i ciągłego rozbijania oraz ponownego składania ogniwa, nie występuje żaden spadek jego wydajności. Teoretyczna wydajność takiego systemu jest bliska 100 procentom. Obecnie naukowcy szukają sposobu na zwiększenie w roztworze koncentracji struktur budujących ogniwo. Prototyp zawierał ich niewiele, dlatego też produkował bardzo mało elektryczności na jednostkę powierzchni.