Microscopische materialen gemaakt van klei, ontworpen door onderzoekers van de Universiteit van Missouri, zouden de sleutel kunnen zijn tot de toekomst van de chemie van synthetische materialen. Door wetenschappers in staat te stellen chemische lagen te produceren die op maat zijn gemaakt om specifieke taken uit te voeren op basis van de doelstellingen van de individuele onderzoeker, kunnen deze materialen, nanoklei genoemd, worden gebruikt in een breed scala aan toepassingen, waaronder de medische sector of de milieuwetenschappen.

Een artikel waarin dit onderzoek wordt beschreven, is gepubliceerd in het tijdschrift ACS Applied Engineering Materials .

Een fundamenteel onderdeel van het materiaal is het elektrisch geladen oppervlak, zegt Gary Baker, co-hoofdonderzoeker van het project en universitair hoofddocent bij de afdeling Scheikunde.

"Stel je een koosh-bal voor waarbij de duizenden rubberen strengen die uit de kern van de bal stralen, elk een elektrisch geladen kraal aan het uiteinde hebben", zei Baker.

"Het is analoog aan een magneet:positief geladen dingen blijven aan negatief geladen dingen plakken. Positief geladen nanoklei zou bijvoorbeeld een groep schadelijke gefluoreerde chemicaliën kunnen aantrekken, bekend als PFAS, of 'voor altijd chemicaliën', die negatief geladen zijn. Of door het maken van Omdat de nanoklei negatief geladen is, kan deze zich hechten aan bijvoorbeeld zware metaalionen zoals cadmium, die positief geladen zijn, en helpen deze uit een verontreinigd waterlichaam te verwijderen."

Naast de elektrische lading kan elke nanoklei worden aangepast met verschillende chemische componenten, zoals het mixen en matchen van verschillende onderdelen. Dit maakt ze bruikbaar bij het ontwerp van diagnostische sensoren voor biomedische beeldvorming of detectie van explosieven en munitie.

"In wezen vertegenwoordigen deze nanokleien chemische bouwstenen die zijn ontworpen met specifieke functies en die zijn samengevoegd tot extreem dunne, tweedimensionale microscopisch kleine laagjes - dunner dan een streng menselijk DNA en 100.000 keer dunner dan een vel papier", aldus Baker.

"We kunnen de functie en vorm van de chemische componenten aan het oppervlak van de nanoklei aanpassen om te maken wat we maar willen bouwen. We hebben zojuist het topje van de ijsberg blootgelegd voor wat deze materialen kunnen doen."

Tweedimensionale materialen zijn zeer gewild omdat ze de buitenkant van een omvangrijk object oppervlakkig kunnen bedekken met een dunne, conforme laag en totaal andere oppervlakte-eigenschappen kunnen introduceren dan het object eronder.

"Door een paar dingen te mengen en te matchen, zoals verschillende ionen of gouden nanodeeltjes, kunnen we snel een chemie ontwerpen die nog nooit eerder heeft bestaan, en hoe meer we deze op maat maken, hoe meer er een breder scala aan toepassingen mogelijk wordt", aldus Baker.

Co-auteurs van het onderzoek zijn Nathaniel Larm van de United States Naval Academy, Durgesh Wagle van de Florida Gulf Coast University, en Piyuni Ishtaweera en Angira Roy van MU.

Meer informatie: Nathaniel E. Larm et al., Oppervlak-programmeerbare polykationische nanoklei ondersteunt omzetfrequenties van 100.000 per uur voor een nanogekatalyseerde canonieke nitroareenreductie, ACS Applied Engineering Materials (2023). DOI:10.1021/acsaenm.3c00243

Aangeboden door Universiteit van Missouri