Sciencemag.cz
Doporučujeme
Biologické membrány se často vyznačují současně vysokou propustností i selektivitou, u těch syntetických mezi těmito dvěma vlastnostmi často musíme pracně hledat kompromis. Pokud o selektivitě rozhoduje čistě velikost otvorů v membráně, pak je jasné, že čím menší otvory, tím je filtrace také pomalejší (za jinak stejných podmínek, například pouze koncentračním gradientem).
Uhlíkové nanotrubičky ale proti jiným syntetickým membránám nabízejí dobrou kombinaci obou vlastností. Malé ionty, např. K+, Na+ a Cl-, jimi procházejí velmi rychle, není např. potřeba zvyšovat tlak. Membrány využívající pro transport uhlíkové nanotrubičky by tak mohly třeba zkrátit dobu potřebnou pro provedení dialýzy, uvedl Steven Buchsbaum z Lawrence Livermore National Laboratory, hlavní autor příslušné studie. Podobně by se dala zefektivnit separace proteinů a dalších biologicky aktivních látek, ale i zpracování elektrolytů. Vylepšený transport iontů v nanotrubičkách by mohl najít uplatnění i v technologiích baterií/akumulátorů a superkondenzátorů.
Uhlíková nanotrubička funguje v popsaném režimu jako jediný otvor a pór v membráně má průměr jen několik nanometrů. Podle dalšího zamýšleného využití lze průměr nanotrubičky ladit. Ke studiu pohybu iontů v uhlíkových nanotrubičkách byla použita spektroskopie nukleární magnetické resonance. Tomu, proč i tak úzkými kanálky ale malé molekuly a ionty pronikají rychleji než jinými póry srovnatelné velikosti, ale zatím plně nerozumíme.
Steven F. Buchsbaum et al. Fast Permeation of Small Ions in Carbon Nanotubes, Advanced Science (2020). DOI: 10.1002/advs.202001802
Zdroj: Lawrence Livermore National Laboratory / Phys.org a další
Poznámka: Pro dialýzu se uvažovalo už i o využití jiné modifikace uhlíku, grafenu
Viz také: Děravý grafen jako filtr
U toho iontu mě hned napadnul maglev – elektrony ve stěně trubičky nejsou vázané na konkrétní uhlík. Díky tomu, když se přiblíží iont, tak energie magnetického pole vytvořeného pohybem náboje není bržděna vázanými elektrony, ale je jimi obtékáno. Podobný efekt možná nastává i u kovů, ale ty těžké mají elektronů hodně a valenčních jen pár, zatímco uhlík má majoritu valenčních elektronů a zbývající dva jsou vázané hluboko v atomu v prvním orbitalu. To by mohlo ionty a možná i molekuly doslova prostřelit skrz trubičku.
Pokud by trubička byla příliš velká, pak by přesun mohl být i pomalejší.