Separacja nanorurek węglowych

nanorurki

Stary trik stosowany do oczyszczania próbek białek na podstawie ich powinowactwa do wody znalazł nowe zastosowanie w National Institute of Standards and Technology (NIST). Naukowcy wykorzystują ją do wychwytywania z roztworu nanorurek węglowych, oddzielając metaliczne nanorurki od półprzewodnikowych. To szybki, łatwy i tani sposób na uzyskanie wysokiej czystości nanorurek węglowych do zastosowań w nanoelektronice i wielu innych.

Nanorurki węglowe są wytwarzane ze zwiniętych arkuszy atomów węgla ułożonych w sześciokątny wzór.  Jedną z niezwykłych cech nanorurek jest to, że w zależności od tego, w którą stronę zwinie się arkusz zmieniają się jego właściwości elektryczne. Nanorurka może zachowywać się jak półprzewodnik lub jak metal,  z przewodnictwem elektrycznym  dziesięć razy lepszym niż miedź. Schody zaczynają się dopiero wtedy gdy trzeba uzyskać rurki jednego rodzaju, bądź je od siebie oddzielić.

Naukowcy wpadli na pomysł zastosowania ekstrakcji dwufazowej cieczy. W latach ’70 biolodzy wykorzystywali tę metodę  do oddzielania białek, a nawet wirusów. Tę starą technikę,  popularną w latach ’70 zastąpiła  HPLC (wysoko sprawna chromatografia cieczowa).  HPLC rozdziela produkty, wykorzystując różnice w mobilności pożądanych cząsteczek. Podczas podziału podróżują one jak małe kolumny składające się z maleńkich kulek, ale nanorurki węglowe mają tendencję do sklejania się, zmniejszenia wydajności przepływu i ostatecznie zablokowania urządzenia.

Metoda ciekłej ekstrakcji dwufazowej jest stosunkowo prosta.  Tworzymy mieszaninę dwóch polimerów w wodzie. Muszą wykazywać różną hydrofobowość, czyli różną skłonność do mieszania z wodą. Dodajemy mieszaninę, którą chcemy rozdzielić, następnie energicznie mieszamy i czekamy. Roztwory polimerów stopniowo rozdzielą się pomiędzy dwie fazy –  jaśniejsza będzie od góry. W każdej fazie znajdować będą się molekuły z rozdzielanej próbki  o podobnym stopniu hydrofobowości.

Okazuje się, że działa to całkiem dobrze w przypadku nanorurek. Ze względu na różnice w ich strukturze elektronowej – formularze nanorurek półprzewodnikowych są bardziej hydrofobowe niż ich metaliczne formy. Nie jest to idealna metoda, ponieważ rozdzielanie nie kończy się na jednej serii. Trzeba wykonać ich kilka, aby niepożądane nanorurki były w 99,9% niewykrywalne.  Technika ta wykorzystuje zaledwie kilka fiolek, wirówkę wartą kilkaset dolarów i trwa niecałą minutę. Inne metody jak przykładowo HPLC kosztuje 50.000 dolarów od zlecenia i trwa 12 do 20 godzin.

Żródło:
[1] Constantine Y Khripin, Jeffrey A. Fagan, Ming Zheng. Spontaneous Partition of Carbon Nanotubes in Polymer-Modified Aqueous Phases. Journal of the American Chemical Society, 2013
[2] http://pubs.acs.org/doi/suppl/10.1021/ja402762e/suppl_file/ja402762e_si_001.pdf | 07.06.2013
[3] Types of Carbon Nanotubes by Mstroeck, Wikimedia Commons, CC-BY-SA-3.0

Dodaj pierwszy komentarz

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *