محققان آمریکایی روش جدیدی با دقت بی‌نظیر برای کنترل جریان آب از میان غشاهای نانولوله‌های کربنی کشف کرده‌اند. این روش که بر پایه اعمال ولتاژ کوچکی به غشا استوار است، می‌تواند برای تصفیه آب نوشیدنی و همچنین در تحقیقات ژنتیکی به‌کار رود.
تصفیه آب به کمک نانولوله‌های کربنی
|
گرچه غشاهای نانولوله‌های کربنی نمونه‌های امیدبخشی برای تصفیه ناخالصی‌های کوچک و مواد آلی مانند DNA و پروتئین‌ها از آب به حساب می‌آیند، ولی آب‌گریز هستند؛ یعنی آب را به‌شدت دفع می‌کنند. هم‌اکنون نیکیل کوراتکار و همکارانش در مؤسسه پلی‌تکنیک رنسلار (RPI) کشف کرده‌اند که با اعمال ولتاژ کوچکی می‌توان جریان آب از میان غشاها را دستکاری کرد و خاصیت آب‌گریزی ذاتی این سطوح را به خاصیت آب‌دوستی تبدیل کرد. این اولین بار است که از اعمال ولتاژ برای کنترل برهم‌کنش آب با سطوح این نانومواد استفاده می‌شود. این محققان دریافتند زمانی که ولتاژ کوچک مثبتی در حدود ۷/۱ ولت به غشاء نانولوله‌ای اعمال شود و آب دارای پتانسیل منفی گردد، نانولوله‌ها سریعاً از حالت دفع‌کننده آب به حالت پمپ‌کننده تغییر وضعیت می‌دهند. هنگامی که بار الکتریکی آب زیاد شود، سرعت جریان آب نیز به طور نمایی افزایش می‌یابد و برعکس، هنگامی که نانولوله‌ها دارای بار منفی شوند، ولتاژ خیلی بیشتری (۹۰ ولت) برای جریان آب درون لوله‌ها نیاز است. این گروه همچنین دریافتند که می‌توان جریان آب درون نانولوله‌ها را از طریق معکوس کردن قطبیت نانولوله‌ها قطع یا وصل کرد. هنگامی که بار مثبت کوچکی اعمال شود آب در درون نانولوله جریان می‌یابد و هنگامی که بار الکتریکی عوض شود، جریان آب متوقف می‌شود. علاوه بر این، آنها کشف کردند که دیواره‌های نانولوله‌های کربنی در اثر الکترولیز آب به طور الکتروشیمیایی اکسید می‌شوند. بدین معنی که اتم‌های اکسیژن سطح نانولوله‌های کربنی را می‌پوشانند. این پدیده به مولکول‌های آب اجازه می‌دهد تا به‌راحتی از درون لوله‌ها عبور کنند. به محض اینکه بار الکتریکی معکوس شود، فرایند اکسایش متوقف شده، آب نمی‌تواند بیش از آن، از درون بخش‌های اکسید نشده عبور کند. سرانجام این پژوهشگران مشاهده کردند که می‌توانند سرعت جریان درون این لوله‌ها را که مستقیماً در کنار هم قرار دارند کنترل کنند. این امر سبب می‌شود که یک نانولوله آب را با سرعت عبور دهد؛ در حالی که لوله مجاور آن هیچ جریانی را از خود عبور نمی‌دهد. این کشف می‌تواند برای دارورسانی همراه با کنترل زمان رهاسازی دارو، بسیار مهم باشد. کوراتکار می‌گوید: «یکی از مشکلات بزرگ این قرن فراهم کردن آب آشامیدنی مورد نیاز است. اگر ما بتوانیم نمک را از آب حذف کنیم قادر به حل این مشکل هستیم. طبیعت این کار را همواره انجام می‌دهد. مرحله اول رسیدن به این فرایند، کنترل جریان آب درون نانولوله‌هاست که ما موفق به انجام آن شدیم و مرحله بعدی، به دام انداختن پروتئین‌های ویژه، DNA یا سایر ناخالصی‌های موجود در آب به واسطه طراحی نانولوله‌های ویژه است». نتایج این تحقیقات در مجله Nano Letters چاپ شده‌است. |
