Регулируемый транспорт протонов играет значимую роль в биологических процессах, таких как АТФ синтез, а также в технологически важных приложениях, к примеру, в водородных топливных элементах. На сегодняшний день практически все протон-обменные мембраны построены на основе сополимера из сульфонированного тетрафторэтилена с высокой протонной проводимостью, разработанного ДюПоном в конце 1960-х. Активное управление протонной проводимостью, очень похожее на транспорт ионов внутри клеточных мембран, до сих пор ждёт своей реализации. Учёным из Калифорнийского Университета удалось создать подобного рода мембраны на основе ориентированных мезопористых плёнок оксида кремния.
Управляемый транспорт протонов в ориентированных мезопористых плёнках оксида кремния - такие мембраны очень важны с практической точки зрения, так как могут быть использованы в сверхчувствительных сенсорах для биомолекул. Транспорт ионов через наноразмерные каналы демонстрирует уникальные характеристики, разительно отличающиеся от объёмного материала. Благодаря высокому соотношению поверхности к объёму поверхностными зарядами может полностью управляться ионная проводимость, так что проводимость изменяется на порядки. Следовательно, управляя поверхностной плотностью зарядов в каналах, может быть осуществлён быстрый транспорт ионов, молекул и даже отдельных белков. Однако чтобы такой транспорт был эффективен, диаметры каналов не должны превышать 10 нм при достаточно высокой ионной силе раствора (например, в соответствующей физиологической жидкости или при условиях, создаваемых в топливных элементах с высокой плотностью энергии).
Авторами работы среди множества мезопористых материалов на основе оксида кремния был выбран SBA-15, поры которого меньше 10 нм. Он был синтезирован с использованием блок-сополимерного темплатного золь-гель метода с последующим контролируемым отжигом. На рисунке 1 представлены данные рентгеновской дифракции и изображения растровой электронной микроскопии полученного материала.
После ряда экспериментов по измерению протонной и ионной проводимости без внешнего приложенного поля (рис.2) и с ним (рис.3) учёные показали, что созданное ими устройство позволяет в 2-4 раза увеличить скорость ионного транспорта, а так же значительно расширить концентрационные границы применимости подобного подхода. Действие созданного устройства можно уподобить работе полевого транзистора (рис.3e). Также было показано, что наибольшей эффективности управление ионной проводимостью достигается при pH=4 (рис.4).
Учёные уверены, что управляемый низким напряжением ионный транспорт в скором времени найдёт применение в ряде наноустройств, к примеру, для манипулирования, разделения биомолекул и определения отдельных пептидов и аминокислот, а также в устройствах преобразования энергии, таких как протонобменные мембраны топливных батарей, фотоэлектрохимические ячейки и топливные элементы на основе ферментных катализаторов.
) а НАНОМЕТРОВ.
, для поддержания Вашей улыбки.
нанотренькания" в связи с выходными: