جداسازی مغناطیسی مبتنی بر فناوری نانو

احتمالاً هر شیمی‌دانی آرزوی روزی را دارد که بتوان مواد شیمیایی را از مخلوط یک واکنش بدون نیاز به فرایندهای خسته‌کننده و زمان‌بر جداسازی در فاز مایع با سرعت انجام داد. مشکل این است که امروزه جداسازی ترکیبات آلی، پروتئین‌ها، اسیدهای نوکلوئیک، و ترکیبات طبیعی از مخلوط پیچیده یک واکنش بسیار مشکل و پرهزینه است.

احتمالاً هر شیمی‌دانی آرزوی روزی را دارد
که بتوان مواد شیمیایی را از مخلوط یک واکنش بدون نیاز به فرایندهای خسته‌کننده
و زمان‌بر جداسازی در فاز مایع با سرعت انجام داد. مشکل این است که امروزه
جداسازی ترکیبات آلی، پروتئین‌ها، اسیدهای نوکلوئیک، و ترکیبات طبیعی از
مخلوط پیچیده یک واکنش بسیار مشکل و پرهزینه است.

فرایندهایی که در آنها از کاتالیزورها استفاده می‌شود در بسیاری از صنایع
شیمیایی بسیار معمول است؛ به کارگیری کاتالیزورهای جامد به معنی آسان‌تر
بودن جداسازی و بازیابی آنها و در نتیجه راحت‌تر بودن استفاده مجدد از
آنهاست.

معمولاً ذرات کوچک‌تر فعالیت کاتالیستی بالاتری دارند و در این زمینه ذرات
زیرمیکرونی به دلیل عدم فرسایش و در نتیجه ثابت بودن اندازه ذرات از اهمیت
خاصی برخوردارند.

مشکل اصلی در زمینه استفاده از این ذرات زیرمیکرونی این است که این جداسازی
این ذرات با استفاده از روش‌های معمول غیر ممکن است و این کار ممکن است
باعث گرفتگی فیلترها و شیرهای جداسازی توسط ذرات کاتالیزور گردد. راه حل
بسیار خوب برای این مشکل استفاده از جداسازی مغناطیسی است که معمولاً در
بیوشیمی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

از آنجایی که جداسازی مغناطیسی سریع و تمیز بوده و در شرایط معمول صورت
می‌گیرد، پس چرا از این روش در صنایع شیمیایی استفاده نمی‌شود؟ در اصل این
کار امکان‌پذیر است، چرا که بیوشیمی‌دان‌ها بیش از بیست سال است که از
میکرودانه‌های مغناطیسی استفاده می‌کنند.

محدودیتی که در زمینه استفاده از این روش در شیمی وجود دارد این است که
معمولاً در شیمی ظرفیت مواد در حد میکرومول بر گرم است؛ یعنی اینکه اگر یک
نفر بخواهد مواد شیمیایی را در مقیاس مول جداسازی کند، به چندین تن از این
عوامل مغناطیسی نیاز خواهد داشت. در بیوشیمی این روش به خوبی مورد استفاده
قرار می‌گیرد، زیرا پروتئین‌ها عموماً در مقیاس نانو یا پیکومول هستند.

حال این شکاف مقیاس میان دو صنعت توسط محققان آزمایشگاه مواد کارکردی در
ETH زوریخ حل شده است. دکتر روبرت گراس می‌گوید: «ما از ورقه‌های گرافن
برای روکش‌دهی نانوذرات کبالت استفاده نموده و سپس روکش گرافنی را عامل‌دار
کردیم؛ بدین ترتیب توانستیم شیمی آلی و جداسازی مغناطیسی را به هم مرتبط
کنیم. استفاده از نانوذرات فلزی کبالت با اندازه ۲۰ تا ۵۰ نانومتر به ما
این امکان را داد تا بتوانیم از یکی از قوی‌ترین مواد مغناطیسی با ایمنی
کامل استفاده کنیم. به طور معمول چنین پودرهای فلزی ریزی آتش‌زا و به طور
خودبخودی آتش می‌گیرند. ما نشان دادیم روکش دادن این ذرات فلزی با یک لایه
یک نانومتری کربن باعث می‌شود این ذرات در هوا و محلول اسیدی رقیق پایدار
باشند».

در مقاله‌ای که این محققان منتشر کرده‌اند، یک روش تک‌مرحله‌ای برای تولید
انبوه نانوذرات روکش‌دهی شده‌ای که در مقابل هوا پایدار می‌باشند، آورده
شده است.