(Phys.org) — Een oude, enigszins passé, truc gebruikt om eiwitmonsters te zuiveren op basis van hun affiniteit voor water heeft nieuwe fans gevonden bij het National Institute of Standards and Technology, waar materiaalwetenschappers het gebruiken om oplossingen van koolstofnanobuisjes te verdelen, het scheiden van de metalen nanobuisjes van halfgeleiders. Ze zeggen dat het een snelle, een gemakkelijke en goedkope manier om zeer zuivere monsters van koolstofnanobuisjes te produceren voor gebruik in elektronica op nanoschaal en vele andere toepassingen.

Koolstofnanobuisjes worden gevormd uit opgerolde vellen koolstofatomen die zijn gerangschikt in een zeshoekig patroon dat lijkt op kippengaas. Een van de verbazingwekkende eigenschappen van nanobuisjes is dat, afhankelijk van hoe het vel oprolt, een kwaliteit die chiraliteit wordt genoemd, de resulterende buis kan zich gedragen als een halfgeleider, met verschillende eigenschappen, of als een metaal, met elektrische geleiding tot 10 keer beter dan koper. Een groot probleem bij het maken van commercieel levensvatbare elektronica op basis van nanobuisjes is het efficiënt kunnen uitzoeken van het soort dat je wilt.

Nadenken over hoe dit te doen, zegt NIST-onderzoeker Constantine Khripin, bracht het onderwerp biochemici en zogenaamde "tweefasenvloeistofextractie" ter sprake. "Biologen gebruikten dit om eiwitten te scheiden, zelfs virussen, " zegt Khripin, "Het is een oude techniek, het was populair in de jaren 70, maar toen verving HPLC [high-performance vloeistofchromatografie] veel van die technieken." Mensen gebruiken HPLC ook om koolstofnanobuisjes te partitioneren, hij zegt, maar het is minder succesvol. HPLC verdeelt dingen door gebruik te maken van verschillen in de mobiliteit van de gewenste moleculen terwijl ze kleine kolommen beladen met kleine bollen reizen, maar koolstofnanobuisjes hebben de neiging om aan de bollen te kleven, opbrengst verminderen en uiteindelijk de apparatuur verstoppen.

Het concept van vloeistofextractie is relatief eenvoudig. Je maakt een mengsel in water van twee polymeren die je hebt geselecteerd om net iets anders te zijn in hun "hydrofobiciteit, " of neiging tot vermenging met water. Voeg in uw monster van te scheiden materiaal toe, roer krachtig en wacht. De polymeeroplossingen zullen geleidelijk scheiden in twee verschillende delen of "fasen, " de lichtere bovenop. En ze zullen die moleculen in je monster met zich meebrengen die een vergelijkbare mate van hydrofobiciteit delen.

Het blijkt dat dit vrij goed werkt met nanobuisjes vanwege verschillen in hun elektronische structuur - de halfgeleidervormen, bijvoorbeeld, zijn meer hydrofoob dan de metallische vormen. Het is niet volmaakt, natuurlijk, maar een paar opeenvolgende scheidingen eindigen met een monster waar de ongewenste vormen in wezen niet detecteerbaar zijn.

Wees eerlijk. Het is niet zo gemakkelijk. "Nee, " stemt toe, Khripin, "Mensen hebben dit eerder geprobeerd en het werkte niet. De doorbraak was om te beseffen dat je een heel subtiel verschil tussen de twee fasen nodig hebt. Het verschil in hydrofobiteit tussen nanobuisjes is klein, klein, tiny." Maar dat kun je construeren door zorgvuldige toevoeging van zouten en oppervlakteactieve stoffen.

"Deze techniek maakt gebruik van enkele flesjes en een tafelcentrifuge ter waarde van een paar honderd dollar, en het duurt minder dan een minuut, " merkt teamlid Jeffrey Fagan op. "De andere technieken die mensen gebruiken, vereisen een HPLC in de orde van $ 50, 000 en de opbrengsten zijn relatief laag, of een ultracentrifuge die 12 tot 20 uur nodig heeft om de verschillende metalen van halfgeleiders te scheiden, en het is lastig en omslachtig."

"Het nanobuis-metrologieproject bij NIST bestaat al een behoorlijk aantal jaren, ", zegt senior teamlid Ming Zheng. "Het is een constante interesse van ons geweest om nieuwe manieren te ontwikkelen om nanobuisjes te scheiden, goedkopere manieren, die de industrie kan gebruiken bij de ontwikkeling van nano-elektronica en andere toepassingen. We denken echt dat we hier een methode hebben die voldoet aan alle criteria waarnaar mensen op zoek zijn. Het is makkelijk, het is schaalbaar, het is een hoge resolutie - alle goede eigenschappen bij elkaar."