Onderzoekers van Monash University hebben een sneller, efficiënter nano-apparaat ontwikkeld om proton- en alkalimetaalionen te filteren, wat zal helpen bij het ontwerpen van membranen van de volgende generatie voor schone energietechnologie, conversie en opslag.

Het nieuwe nano-apparaat werkt met precisie op atomaire schaal, terwijl het zijn eigen energie genereert door middel van omgekeerde elektrodialyse.

In het artikel gepubliceerd in het tijdschrift Science Advances , heeft een team van onderzoekers onder leiding van de Australische laureaat-fellow professor Huanting Wang van de Monash University ontdekt dat een metaal-organisch raamwerk (MIL-53-COOH) -polymeer nanofluïdisch apparaat de functies van zowel biologische naar binnen corrigerende kaliumkanalen nabootst als naar buiten corrigerende kaliumkanalen. proton kanalen.

"Het heeft belangrijke implicaties voor de echte wereld, met name voor het ontwerpen van membranen van de volgende generatie voor schone energietechnologie, energieconversie en -opslag, duurzame mijnbouw en productie, met specifieke toepassingen in zuur- en mineraalterugwinning", zegt professor Wang, die het project leidde met onderzoekscollega Dr. Jun Lu van de afdeling Chemische en Biologische Technologie van Monash University.

Kaliumkanalen zijn het meest verspreide type ionenkanalen en worden in vrijwel alle levende organismen aangetroffen. Directioneel ultrasnel transport van ionen met precisie op atomaire schaal is een van de kernfuncties van biologische ionenkanalen in celmembranen.

Deze biologische ionenkanalen handhaven samen de elektrolyt- en pH-balans over celmembranen, die essentieel zijn voor de fysiologische activiteiten van de cellen.

Het is bijvoorbeeld bekend dat de verstoring van de elektrolytenconcentratie in cellen, vooral voor de positief geladen ionen zoals kalium, natrium en proton, een direct verband heeft met sommige ziekten zoals epilepsie.

Geïnspireerd door deze functies, zijn kunstmatige nanokanaalapparaten gemaakt van poreuze materialen uitgebreid bestudeerd voor het experimentele onderzoek van nanofluïdisch ionentransport om de ionspecifieke transporteigenschappen te bereiken die worden waargenomen in biologische ionenkanalen.

Zo zijn koolstofnanobuizen, grafeen, polymeren en metaal-organische raamwerken (MOF's) gebruikt om poriën van nanometerformaat te construeren om ionisch en moleculair transport van biologische ionkanalen op atomaire schaal na te bootsen.

De ontdekking van bio-geïnspireerde ultrasnel rectificerende contra-directionele transport van proton- en metaalionen is tot nu toe echter niet gemeld.

"Het ongekende ionspecifieke rectificerende transportgedrag dat wordt aangetroffen in ons metaal-organische raamwerk (MIL-53-COOH) -polymeer nanofluïdische apparaat wordt toegeschreven aan twee verschillende mechanismen voor metaalionen en protonen, verklaard door theoretische simulaties. Dit werk bevordert onze kennis van het ontwerpen van kunstmatige ionenkanalen, wat belangrijk is op het gebied van nanofluïdica, membraan- en scheidingswetenschap", zegt professor Wang.

"Dit is een opwindende fundamentele bevinding en we hopen dat het meer onderzoek naar deze belangrijke gebieden stimuleert", zegt professor Wang. + Verder verkennen

Ionische transistoren verkleinen tot de uiterste limiet