En hurtigere og mere effektiv nanoenhed til at filtrere proton- og alkalimetalioner

Monash University-forskere har udviklet en hurtigere og mere effektiv nanoenhed til at filtrere proton- og alkalimetalioner, som vil hjælpe med at designe næste generations membraner til ren energiteknologi, konvertering og opbevaring.

Den nye nanoenhed arbejder med præcision i atom-skala, mens den genererer sin egen kraft gennem omvendt elektrodialyse.

I papiret offentliggjort i tidsskriftet Science Advances , har et team af forskere ledet af den australske prisvinder-stipendiat Huanting Wang fra Monash University fundet ud af, at en metal-organisk ramme (MIL-53-COOH)-polymer nanofluidisk enhed efterligner funktionerne af både biologiske indadrettede kaliumkanaler og udadrettede protonkanaler.

"Det har vigtige implikationer i den virkelige verden, især for design af næste generations membraner til ren energiteknologi, energiomdannelse og -lagring, bæredygtig minedrift og fremstilling med specifikke anvendelser inden for syre- og mineralgenvinding," siger professor Wang, der ledede projektet med stipendiat Dr. Jun Lu fra Monash University's Department of Chemical and Biological Engineering.

Kaliumkanaler er den mest udbredte type ionkanaler og findes i stort set alle levende organismer. Retningsbestemt ultrahurtig transport af ioner med præcision i atomskala er en af ​​kernefunktionerne af biologiske ionkanaler i cellemembraner.

Disse biologiske ionkanaler opretholder i samarbejde elektrolyt- og pH-balancen på tværs af cellemembraner, som er afgørende for cellernes fysiologiske aktiviteter.

For eksempel er elektrolytkoncentrationsforstyrrelsen i celler, især for de positivt ladede ioner såsom kalium, natrium og proton, anerkendt for at have en direkte forbindelse med nogle sygdomme såsom epilepsi.

Inspireret af disse funktioner er kunstige nanokanalenheder konstrueret af porøse materialer blevet undersøgt i vid udstrækning til den eksperimentelle undersøgelse af nanofluidisk iontransport for at opnå de ionspecifikke transportegenskaber, der observeres i biologiske ionkanaler.

For eksempel er kulstofnanorør, grafen, polymerer og metalorganiske rammer (MOF'er) blevet brugt til at konstruere nanometerstore porer for at efterligne ionisk og molekylær transport af biologiske ionkanaler i atom-skala.

Opdagelsen af ​​bioinspireret ultrahurtig ensretter modrettet transport af proton- og metalioner er dog ikke blevet rapporteret før nu.

"Den hidtil usete ion-specifikke ensretter transportadfærd fundet i vores metal-organiske struktur (MIL-53-COOH)-polymer nanofluidic enhed tilskrives to forskellige mekanismer for metalioner og proton, forklaret af teoretiske simuleringer. Dette arbejde fremmer vores viden om design af kunstige ionkanaler, hvilket er vigtigt for områderne nanofluidics, membran- og separationsvidenskab," siger professor Wang.

"Dette er et spændende fundamentalt fund, og vi håber, det stimulerer mere forskning inden for disse vigtige områder," siger professor Wang. + Udforsk yderligere

Nedskalering af ioniske transistorer til den ultimative grænse