(PhysOrg.com) -- Met een slim maar elegant ontwerp, Chemici van de universiteit van Buffalo hebben minuscule, moleculaire kooien die kunnen worden gebruikt om nanomaterialen op te vangen en te zuiveren.

Gebeeldhouwd uit een speciaal soort molecuul genaamd een "flessenborstelmolecuul, " de vallen bestaan ​​uit kleine, organische buizen waarvan de binnenwanden een negatieve lading dragen. Door deze eigenschap kunnen de buizen selectief alleen positief geladen deeltjes inkapselen.

In aanvulling, omdat UB-wetenschappers de buizen helemaal opnieuw bouwen, ze kunnen vallen van verschillende groottes maken die moleculaire prooien van verschillende groottes strikken. Het niveau van mogelijke fijnafstemming is opmerkelijk:in de Tijdschrift van de American Chemical Society , de onderzoekers melden dat ze nanobuisjes konden maken die deeltjes met een diameter van 2,8 nanometer konden vangen, terwijl deeltjes van slechts 1,5 nanometer groter onaangeroerd blijven.

Dit soort kooien zou kunnen worden gebruikt, in de toekomst, om vervelende taken te bespoedigen, zoals het scheiden van grote kwantumdots van kleine kwantumdots, of het scheiden van eiwitten op grootte en lading.

"De vormen en afmetingen van moleculen en nanomaterialen bepalen hun bruikbaarheid voor gewenste toepassingen. Onze moleculaire kooien zullen het mogelijk maken om deeltjes en moleculen met vooraf bepaalde afmetingen te scheiden, waardoor uniforme bouwstenen worden gecreëerd voor de fabricage van geavanceerde materialen, " zei Javid Rzayev, de UB-assistent-hoogleraar scheikunde die het onderzoek leidde.

"Net zoals een aannemer wil dat tegelvierkanten of stenen even groot zijn, zodat ze goed bij elkaar passen, wetenschappers staan ​​te popelen om deeltjes ter grootte van nanometers met dezelfde afmetingen te produceren, die een lange weg kan gaan in de richting van het creëren van uniforme en goed opgevoede materialen, ' zei Rzajev.

Om de vallen te maken, Rzayev en zijn team bouwden eerst een speciaal soort molecuul, een flessenborstelmolecuul. Deze lijken op een ronde haarborstel, met moleculaire "borstelharen" die helemaal rond een moleculaire ruggengraat uitsteken.

Nadat u de borstelharen aan elkaar hebt genaaid, de onderzoekers holten het midden van elk flessenborstelmolecuul uit, een structuur achterlatend in de vorm van een buis van toiletpapier.

Het snijproces maakte gebruik van eenvoudige maar slimme chemie:bij het bouwen van hun flessenborstelmoleculen, de wetenschappers construeerden het hart van elk molecuul met behulp van moleculaire structuren die desintegreren wanneer ze in contact komen met water. Rond deze kern, de wetenschappers bevestigden vervolgens een laag negatief geladen carbonzuurgroepen.

Om het molecuul te vormen, de wetenschappers dompelden het vervolgens onder in water, in feite holt de kern uit. De resulterende structuur was de val - een nanobuis waarvan de binnenwanden negatief geladen waren vanwege de aanwezigheid van de nieuw blootgestelde carbonzuurgroepen.

Om de effectiviteit van de buizen als vallen te testen, Rzayev en collega's ontwierpen een reeks experimenten met een tweelaagse chemische cocktail.

De onderste laag van de cocktail bestond uit een chloroformoplossing met daarin de nanobuisjes, terwijl de toplaag bestond uit een oplossing op waterbasis met positief geladen kleurstoffen. (Als in een tequila-zonsopgang, hoe dunner, oplossing op waterbasis drijft bovenop de dichtere chloroformoplossing, met weinig mengen.)

Toen de wetenschappers de cocktail vijf minuten schudden, de nanobuisjes botsten met en vingen de kleurstoffen op, het brengen van de kleurstoffen in de chloroform-oplossing. (De kleurstoffen, zelfstandig, niet oplossen in chloroform.)

Bij soortgelijke experimenten Rzayev en zijn team waren in staat om de nanobuisjes te gebruiken om positief geladen moleculen, dendrimeren genaamd, uit een waterige oplossing te extraheren. De nanobuisjes zijn zo gemaakt dat dendrimeren met een diameter van 2,8 nanometer werden opgesloten, terwijl dendrimeren met een diameter van 4,3 nanometer in oplossing bleven.

Om de gevangen dendrimeren uit de nanobuisjes te verwijderen, de onderzoekers verlaagden simpelweg de pH van de chloroformoplossing, waardoor de negatieve lading in de vallen wordt uitgeschakeld en de gevangen deeltjes uit hun kooien kunnen worden losgelaten.

Het onderzoek naar nanobuisjes maakt deel uit van een grotere reeks onderzoeken die Rzayev uitvoert op flessenborstelmoleculen met behulp van een CAREER-prijs van de National Science Foundation. Zijn andere werk omvat de fabricage van nanomembranen op basis van flessenborstels die kunnen worden aangepast voor waterfiltratie, en de montage van gelaagde, flessenborstelpolymeren die zichtbaar licht reflecteren zoals de vleugels van een vlinder dat doen.