Una sección ilustrada de un nanotubo creado por químicos de la UB. Las estructuras verdes son grupos de ácido carboxílico cargados negativamente, que ayudan a atrapar partículas cargadas positivamente.
(PhysOrg.com) - Con un diseño inteligente pero elegante, Los químicos de la Universidad de Buffalo han sintetizado pequeños, jaulas moleculares que se pueden utilizar para capturar y purificar nanomateriales.
Esculpido a partir de un tipo especial de molécula llamada "molécula de cepillo de botella, "las trampas consisten en pequeñas Tubos orgánicos cuyas paredes interiores tienen carga negativa. Esta característica permite que los tubos encapsulen selectivamente solo partículas cargadas positivamente.
Además, porque los científicos de la UB construyen los tubos desde cero, pueden crear trampas de diferentes tamaños que atrapan presas moleculares de diferentes tamaños. El nivel de ajuste fino posible es notable:en el Revista de la Sociedad Química Estadounidense , los investigadores informan que pudieron fabricar nanotubos que capturaron partículas de 2,8 nanómetros de diámetro, dejando intactas las partículas de sólo 1,5 nanómetros más grandes.
Este tipo de jaulas se pueden utilizar, en el futuro, para agilizar tareas tediosas, como segregar grandes puntos cuánticos de pequeños puntos cuánticos, o separar proteínas por tamaño y carga.
"Las formas y tamaños de moléculas y nanomateriales dictan su utilidad para las aplicaciones deseadas. Nuestras jaulas moleculares permitirán separar partículas y moléculas con dimensiones predeterminadas, creando así bloques de construcción uniformes para la fabricación de materiales avanzados, "dijo Javid Rzayev, el profesor ayudante de química de la UB que dirigió la investigación.
"Al igual que un contratista quiere que los cuadrados de baldosas o los ladrillos sean del mismo tamaño para que encajen bien, los científicos están ansiosos por producir partículas de tamaño nanométrico con las mismas dimensiones, que puede contribuir en gran medida a la creación de materiales uniformes y de buen comportamiento, ", Dijo Rzayev.
Una imagen de microscopía electrónica de transmisión de las trampas de nanotubos orgánicos, con color añadido mediante mejora digital.
Para crear las trampas, Rzayev y su equipo construyeron primero un tipo especial de molécula llamada molécula de cepillo de botella. Estos se asemejan a un cepillo de pelo redondo, con "cerdas" moleculares que sobresalen alrededor de una columna vertebral molecular.
Después de coser las cerdas, los investigadores ahuecaron el centro de cada molécula de cepillo de botella, dejando atrás una estructura con forma de tubo de papel higiénico.
El proceso de tallado empleó una química simple pero inteligente:al construir sus moléculas de cepillo de botella, los científicos construyeron el corazón de cada molécula utilizando estructuras moleculares que se desintegran al entrar en contacto con el agua. Alrededor de este núcleo Luego, los científicos unieron una capa de grupos de ácido carboxílico cargados negativamente.
Para esculpir la molécula, los científicos luego lo sumergieron en agua, en efecto, ahuecando el núcleo. La estructura resultante fue la trampa, un nanotubo cuyas paredes internas estaban cargadas negativamente debido a la presencia de los grupos de ácido carboxílico recién expuestos.
Para probar la efectividad de los tubos como trampas, Rzayev y sus colegas diseñaron una serie de experimentos con un cóctel químico de dos capas.
La capa inferior del cóctel consistía en una solución de cloroformo que contenía los nanotubos, mientras que la capa superior consistía en una solución a base de agua que contenía tintes cargados positivamente. (Como en un amanecer de tequila, el más delgado, La solución a base de agua flota sobre la solución de cloroformo más densa. con poca mezcla.)
Cuando los científicos agitaron el cóctel durante cinco minutos, los nanotubos chocaron y atraparon los tintes, llevando los tintes a la solución de cloroformo. (Los tintes, en su propia, no disuelva en cloroformo.)
En experimentos similares, Rzayev y su equipo pudieron usar los nanotubos para extraer moléculas cargadas positivamente llamadas dendrímeros de una solución acuosa. Los nanotubos se diseñaron de manera que los dendrímeros con un diámetro de 2,8 nanómetros quedaran atrapados, mientras que los dendrímeros que tenían 4,3 nanómetros de diámetro se dejaron en solución.
Para eliminar los dendrímeros capturados de los nanotubos, los investigadores simplemente redujeron el pH de la solución de cloroformo, que apaga la carga negativa dentro de las trampas y permite que las partículas capturadas sean liberadas de sus jaulas.
La investigación sobre nanotubos es parte de un conjunto más amplio de estudios que Rzayev está llevando a cabo sobre moléculas de cepillo de botella utilizando un premio CAREER de la National Science Foundation. Su otro trabajo incluye la fabricación de nanomembranas a base de cepillo de botella que podrían adaptarse para la filtración de agua, y el conjunto de capas, polímeros de cepillo de botella que reflejan la luz visible como lo hacen las alas de una mariposa.
