211service.com
Kristallen gemaakt om kleine buisjes te laten ontkiemen
Onderzoekers hebben een manier ontdekt om kleine buisjes op micrometerschaal te laten groeien van materialen die fungeren als katalysatoren en gassensoren. Door netwerken van deze buizen te maken, zeggen de onderzoekers dat ze compacte lab-on-a-chip-apparaten kunnen maken waarin de kanalen zelf zijn gemaakt van de katalysator of het detectiemateriaal. Je zou chemicaliën door een buis met een zeer groot oppervlak kunnen gooien en mogelijk een zeer efficiënte katalyse kunnen doen, zegt Lee Cronin , een professor in de chemie aan de Universiteit van Glasgow, VK, die het werk leidde.
magische buizen: Anorganische kristallen die in een oplossing van fluorescerende moleculen worden geplaatst, beginnen automatisch buisjes te laten groeien. De buizen zijn robuust genoeg om met vloeistof te worden geïnjecteerd (rechtsboven). Onderzoekers kunnen ook twee buizen samensmelten (midden) en ontwerpen maken met de buizen door de groei te sturen met elektrische velden (rechtsonder).
In een paper gepubliceerd in het tijdschrift Natuurchemie , Cronin en zijn collega's melden dat ze de diameters van de buizen en de snelheid waarmee ze groeien kunnen regelen. Bovendien kunnen ze met behulp van eenvoudige trucs de groeirichting van de buizen bepalen en kunnen ze twee buizen samenvoegen om verschillende structuren te maken.
Het kweken van microfluïdische apparaten op deze manier zou eenvoudiger kunnen zijn dan het gebruik van de huidige lithografietechnieken, zegt Cronin. We kunnen buizen op dezelfde manier laten groeien als lijnen op een Etch A Sketch, zegt hij. Je groeit gewoon heel snel in een paar seconden het apparaat dat je wilt.
De anorganische kristallen die de onderzoekers gebruiken, behoren tot een klasse chemicaliën die bekend staat als polyoxometalaten. Deze negatief geladen clusters van metaal- en zuurstofatomen zijn uitstekende katalysatoren voor veel verschillende reacties in de chemische industrie. Ze zijn ook goed in het detecteren en adsorberen van gassen en worden gebruikt om giftige verbindingen zoals stikstofoxiden en zwaveldioxide uit rookgasstromen te verwijderen. Door verschillende metaalatomen te gebruiken, kunnen onderzoekers polyoxometalaten maken met verschillende chemische eigenschappen. Polyoxometalaten hebben een grote structurele diversiteit en veelzijdigheid, evenals veel opties om fysiek en chemisch gedrag te wijzigen, zegt Paul Kogerler , een professor in de chemie aan de RWTH Aachen University, in Duitsland.
Om hun microbuisjes te maken, gebruiken de Glasgow-onderzoekers kristallen die wolfraam bevatten. Wanneer ze deze negatief geladen metaaloxidekristallen in water doen en positief geladen fluorescerende moleculen toevoegen, beginnen de kristallen in slechts enkele seconden buisjes te ontkiemen.
Cronin legt uit dat de positieve en negatieve moleculen samenkomen om een membraan op het kristaloppervlak te vormen. De druk in dit membraan bouwt zich op totdat het scheurt en het metaaloxide-materiaal binnenin in een straal naar buiten stroomt. Bij het uitstromen begint het automatisch een holle buis te vormen waar steeds meer materiaal doorheen kan stromen. De buis groeit totdat alles wat er over is van het kristal de holle membraanschaal is.
De onderzoekers kunnen de diameters van de buisjes en de snelheid waarmee ze groeien veranderen door de concentratie van de fluorescerende moleculen te veranderen. De buizen variëren van 1 tot 120 micrometer breed. Door een spanning aan te leggen, kunnen ze de buizen in bepaalde richtingen laten groeien. Ze kunnen op twee verschillende manieren vertakte buizen maken. Een daarvan is om twee buizen te laten botsen, waardoor er een enkele buis tevoorschijn komt op het botsingspunt. De andere is om met een micromanipulatornaald een buisje door te prikken zodat het materiaal naar buiten stroomt en een nieuwe tak aangroeit. Om aan te tonen dat de buisjes hol zijn en vloeistoffen kunnen vervoeren, spuiten de onderzoekers er fluorescerende kleurstof doorheen.
Kogerler zegt dat het werk veelbelovend is omdat de buizen hun structuur behouden en niet uiteenvallen. Ze hebben ook een relatief hoge oppervlakte-tot-volumeverhouding, wat gunstig is voor katalyse- en detectietoepassingen. Maar het is nog niet evident dat ze ideaal zullen zijn voor deze toepassingen. Het oppervlak van de buisjes is namelijk niet alleen gemaakt van onderling verbonden polyoxometalaatmoleculen: het bevat ook positief geladen fluorescerende moleculen. De vraag is, zou je daar enige vorm van reactiviteit van krijgen? vraagt Kogerler.
Kogerler zegt dat het heel interessant zou zijn als de onderzoekers een manier zouden vinden om vergelijkbare buizen in het nanometerbereik te laten groeien. Het is bekend dat metaaloxideverbindingen op deze schaal structuren vormen, en de aanpak zou zelfs grotere oppervlakken opleveren.