Opdagelse kan fjerne mikropollutanter fra miljøet

Forskere har identificeret en ny kemitilgang, der kan fjerne mikropollutanter fra miljøet.

Mikroforurenende stoffer er biologiske eller kemiske forurenende stoffer, der sporer sig i grund- og overfladevand i spormængder.

Ved hjælp af en banebrydende billeddannelsesteknik, Cornell University-forskere opnåede et øjebliksbillede i høj opløsning af, hvordan ligander, molekyler, der binder sig til andre molekyler eller metaller, interagere med overfladen af ​​nanopartikler. Derved, de gjorde et uventet gennembrud. De fastslog, at ved at variere koncentrationen af ​​en individuel ligand kunne de også styre formen på den partikel, den fastgjorde.

Denne tilgang kan resultere i en række daglige applikationer, herunder udvikling af kemiske sensorer, der på et meget lavt niveau er følsomme over for et specifikt kemikalie i miljøet.

"Professor Peng Chens arbejde giver mulighed for dyb indsigt i molekylære adsorptionsprocesser, hvilket er vigtigt at forstå for design af molekylære sensorer, katalysatorer, og ordninger til oprydning af mikroforurenende stoffer i miljøet, "sagde Dr. James Parker, programleder, US Army Combat Capabilities Development Command, kendt som DEVCOM, Army Research Laboratory. "Denne forskning er også vigtig for at designe og konstruere stimuli-responsive materialer med specialiseret funktion, der ikke kunne findes i almindelige, bulkmaterialer. "

Forskningen, udgivet i Naturkommunikation , studerede liganders interaktioner og fik ny forståelse af styrken, eller affinitet af ligandadsorption samt hvordan flere ligander samarbejder, eller lad være, med hinanden.

"Når molekylet adsorberer på overfladen af ​​et nanoskala materiale, det beskytter faktisk også overfladen og gør den mere stabil, "sagde Dr. Peng Chen, Peter J.W. Debye professor i kemi ved College of Arts and Sciences ved Cornell University, der ledede forskningen. "Dette kan bruges til at kontrollere, hvordan nanoskala partikler vokser og bliver deres endelige form. Og vi fandt ud af, at vi kan gøre dette med kun en ligand. Du gør ikke noget andet trick. Du reducerer bare koncentrationen eller øger koncentrationen, og du kan ændre formen. "

At forstå, hvordan ligander interagerer med overfladen af ​​nanopartikler, har været en udfordring at studere. Adsorberede ligander er vanskelige at identificere, fordi der er andre molekyler i blandingen, og nanopartikeloverflader er ujævne og mangefacetterede, hvilket betyder, at de kræver utrolig høj rumlig opløsning for at blive gransket.

En nanopartikels størrelse og overfladestrukturer, eller facetter, er iboende knyttet til partikelens potentielle anvendelser. Jo større partikel, jo flere atomer passer ind i den, mens mindre partikler har mindre ledig plads internt men et større overfladevolumenforhold for atomer at sidde oven på, hvor de kan bruges til processer som katalyse og adsorption. De forskellige typer strukturer, atomer og molekyler danner på disse overfladefacetter, er direkte korreleret med partikelens form.

Forskere har brugt flere billeddannelsesmetoder til at undersøge disse partikler, men indtil nu, de har ikke været i stand til at opnå nanometeropløsning for virkelig at udforske krogene på de mange overfladefacetter og kvantificere affiniteten, eller styrke, af en ligands adsorption. Forskerteamet var i stand til at gøre netop det ved at anvende en metode til deres egen udarbejdelse kaldet COMPETITION Enabled Imaging Technique with Super-Resolution eller COMPEITS.

Processen fungerer ved at indføre et molekyle, der reagerer med partikeloverfladen og genererer en fluorescerende reaktion. Et ikke -fluorescerende molekyle sendes derefter for at binde til overfladen, hvor dens reaktion konkurrerer med det fluorescerende signal. Det resulterende fald i fluorescens, hovedsageligt at skabe et negativt billede, kan derefter måles og kortlægges med superhøj opløsning.

Brug af KONKURRENCER på en guld nanopartikel, holdet var i stand til at kvantificere styrken af ​​ligandadsorption, og de opdagede ligandadfærd kan være meget forskelligartet. Ligander, det viser sig, er en slags slags godt vejr, på nogle steder samarbejder de om at hjælpe hinanden med at adsorbere, men på andre steder kan de forringe hinandens indsats. Forskerne opdagede også, at nogle gange eksisterer denne positive og negative kooperativitet på samme sted.

Ud over, forskerne lærte, at overfladetætheden af ​​adsorberede ligander kan afgøre, hvilken facet der er dominerende. Denne crossover inspirerede holdet til at variere koncentrationerne af individuelle ligander som en måde at justere formen på selve partiklen på.

"For os, dette har åbnet flere muligheder, "Sagde Chen." F.eks. en måde at fjerne mikropollutanter på, såsom pesticider, fra miljøet er at adsorbere mikrodele på overfladen af ​​nogle adsorberende partikler. Efter at den er adsorberet på overfladen af ​​partiklen, hvis partiklen er en katalysator, det kan katalysere ødelæggelsen af ​​mikropollutanterne. "