Små kolber fremskynder kemiske reaktioner

Miniatur selvsamlende "kolber" oprettet på Weizmann Institute kan vise sig at være et nyttigt værktøj inden for forskning og industri. Nanoflaskerne, som har en spændvidde på flere nanometer, eller milliontedele af en millimeter, kan fremskynde kemiske reaktioner til forskning. I fremtiden, de kan lette fremstillingen af ​​forskellige industrimaterialer og måske endda tjene som køretøjer til levering af lægemidler.

Dr. Rafal Klajn fra Weizmann Instituttets afdeling for organisk kemi og hans team studerede oprindeligt den lysinducerede selvsamling af nanopartikler. De anvendte en metode, der tidligere blev udviklet af Klajn, hvor uorganiske nanopartikler er belagt i et enkelt lag af organiske molekyler, der ændrer deres konfiguration, når de udsættes for lys; disse ændrer nanopartiklernes egenskaber, så de selvsamler sig til krystallinske klynger. Når sfæriske nanopartikler af guld eller andre materialer er samlet i en klynge, der dannes tomme rum mellem dem, som dem mellem appelsiner pakket i en æske. Klajn og hans teammedlemmer indså, at de tomme rum undertiden fangede vandmolekyler, hvilket fik dem til at foreslå, at de også kunne fange "gæst" -molekyler af andre materialer og fungere som bittesmå kolber til kemiske reaktioner. En klynge på en million nanopartikler ville indeholde en million sådanne nanoflasker.

Som rapporteret i Naturnanoteknologi , når forskerne fangede molekyler, der har tendens til at reagere med hinanden inde i nanoflaskerne, de fandt ud af, at den kemiske reaktion kørte hundrede gange hurtigere, end den samme reaktion fandt sted i opløsning. At være begrænset inde i nanoflaskerne øgede koncentrationen af ​​molekylerne kraftigt og organiserede dem på en måde, der fik dem til at reagere lettere. Enzymer fremskynder kemiske reaktioner på en lignende måde - ved at begrænse de reagerende molekyler i en lomme.

Selvom klynger af nanopartikler indeholdende tomme rum er blevet oprettet før, fordelen ved Weizmann Institute -metoden er, at klyngerne er dynamiske og reversible, så molekyler kan indsættes og frigives efter behov. Klyngerne samler sig selv, når nanopartikler udsættes for ultraviolet lys, men udsættelse for almindeligt lys får dem til at skille ad, så de samme nanopartikler kan genbruges i mange cyklusser. I øvrigt, forskerne fandt ud af, at ved at dekorere deres nanopartikler med en blanding af forskellige kemikalier, de kunne fange molekyler inde i nanoflaskerne på en meget selektiv måde. For eksempel, fra en blanding af spiralformede molekyler, de kan få venstre- eller højrehåndsspiraler til at blive fanget, en færdighed, der kan være særlig vigtig for lægemiddelsyntese.

Til fremtidig industriel brug, nanoflaskerne kan vise sig nyttige til at fremskynde talrige kemiske reaktioner, såsom polymerisationsreaktioner, der er nødvendige til fremstilling af plast. Metoden kan også anvendes en dag i lægemiddellevering. Lægemidlet ville blive leveret inde i nanoflasker til målorganet og frigivet på det krævede tidspunkt, hvor nanoflaskerne skulle skilles ad ved udsættelse for lys.