211service.com
Krystaller lavet til at spire små rør
Forskere har opdaget en måde at dyrke små mikrometer-rør fra materialer, der fungerer som katalysatorer og gassensorer. Ved at lave netværk af disse rør siger forskerne, at de kunne skabe kompakte laboratorie-på-en-chip-enheder, hvor selve kanalerne er lavet af katalysatoren eller sensingsmaterialet. Du kan kaste kemikalier gennem et rør med meget stort overfladeareal og potentielt lave en meget effektiv katalyse, siger Lee Cronin , en professor i kemi ved University of Glasgow, U.K., der ledede arbejdet.
Magiske rør: Uorganiske krystaller placeret i en opløsning af fluorescerende molekyler begynder at vokse rør automatisk. Rørene er robuste nok til at blive injiceret med væske (øverst til højre). Forskere kan også smelte to rør sammen (i midten) og skabe design med rørene ved at styre væksten med elektriske felter (nederst til højre).
I et papir offentliggjort i tidsskriftet Naturkemi , Cronin og hans kolleger rapporterer, at de kan kontrollere diameteren af rørene og den hastighed, hvormed de vokser. Hvad mere er, ved at bruge simple tricks kan de kontrollere rørenes vækstretning og kan slå to rør sammen for at lave forskellige strukturer.
At dyrke mikrofluidiske enheder på denne måde kunne være enklere end at bruge de nuværende litografiske teknikker, siger Cronin. Vi er i stand til at dyrke rør på samme måde, som du styrer linjer på en Etch A Sketch, siger han. Du vokser bare meget hurtigt på få sekunder den enhed, du ønsker.
De uorganiske krystaller, som forskerne bruger, tilhører en klasse af kemikalier kendt som polyoxometalater. Disse negativt ladede klynger af metal- og oxygenatomer er fremragende katalysatorer for mange forskellige reaktioner i den kemiske industri. De er også gode til at føle og adsorbere gasser og bruges til at fjerne giftige forbindelser som nitrogenoxider og svovldioxid fra røggasstrømme. Ved at bruge forskellige metalatomer kan forskere skabe polyoxometalater med forskellige kemiske egenskaber. Polyoxometalater har stor strukturel mangfoldighed og alsidighed, såvel som en masse muligheder for at ændre fysisk og kemisk adfærd, siger Paul Kogerler , professor i kemi ved RWTH Aachen University, i Tyskland.
For at skabe deres mikrorør bruger Glasgow-forskerne krystaller, der indeholder wolfram. Når de sætter disse negativt ladede metaloxidkrystaller i vand og tilføjer positivt ladede fluorescerende molekyler, begynder krystallerne at spire rør på blot et par sekunder.
Cronin forklarer, at de positive og negative molekyler går sammen og danner en membran på krystallens overflade. Trykket inde i denne membran bygges op, indtil den brister, og metaloxidmaterialet indeni strømmer ud i en stråle. Når det strømmer ud, begynder det automatisk at danne et hult rør, hvorigennem mere og mere materiale kan strømme ud. Røret vokser, indtil det eneste, der er tilbage af krystallen, er den hule membranskal.
Forskerne kan ændre rørenes diametre og hastigheden, hvormed de vokser ved at ændre koncentrationen af de fluorescerende molekyler. Rørene spænder fra 1 til 120 mikrometer brede. Ved at påføre en spænding kan de få rørene til at vokse i bestemte retninger. De kan lave forgrenede rør på to forskellige måder. Den ene er at lade to rør støde sammen, hvilket får et enkelt rør til at komme frem ved kollisionspunktet. Den anden er at punktere et rør med en mikromanipulatornål, så materialet flyder ud og vokser endnu en gren. For at vise, at rørene er hule og kan bære væsker, sprøjter forskerne fluorescerende farve gennem dem.
Kogerler siger, at arbejdet er lovende, fordi rørene bevarer deres struktur og ikke nedbrydes. De har også et relativt højt overflade-til-volumen-forhold, hvilket er gavnligt til katalyse- og sensorapplikationer. Men det er endnu ikke klart, at de vil være ideelle til disse applikationer. Det skyldes, at overfladen af rørene ikke kun er lavet af indbyrdes forbundne polyoxometalatmolekyler: den indeholder også positivt ladede fluorescerende molekyler. Spørgsmålet er, ville du opnå nogen form for reaktion ved det? spørger Kogerler.
Kogerler siger, at det ville være rigtig interessant, hvis forskerne kunne finde en måde at dyrke lignende rør i nanometerområdet. Metaloxidforbindelser er kendt for at danne strukturer i denne skala, og fremgangsmåden ville give endnu større overflader.