خبرگزاری زنان ایران

به گزارش خبرگزاری زنان ایران - پژوهشگران آزمايشگاه ملي لارنس ليورمور با طراحي غشايي نوآورانه از جنس مکسين، موفق شدند براي نخستين‌بار جريان يون‌ها را در لحظه و با اعمال ولتاژ الکتريکي کنترل کنند؛ دستاوردي که مي‌تواند صنعت تصفيه آب، دارورساني و استخراج عناصر کمياب را وارد عصر تازه‌اي از دقت و کارآمدي کند.
اين گروه در آزمايشگاه ملي لارنس ليورمور (Lawrence Livermore National Laboratory) اعلام کردند که با بهره‌گيري از ساختاري نوين مبتني بر مواد دوبعدي موسوم به مکسين (MXene)، توانسته‌اند غشايي بسازند که همانند يک ترانزيستور عمل مي‌کند و امکان تنظيم لحظه‌اي جداسازي يون‌ها را فراهم مي‌آورد؛ قابليتي که تا پيش از اين در حوزه فناوري غشاها غيرممکن تلقي مي‌شد.
اين پژوهش که نتايج آن در نشريه معتبر Science Advances منتشر شده، افق تازه‌اي پيش روي فرايندهاي جداسازي دقيق گشوده است؛ فرايندهايي که در حوزه‌هايي چون تصفيه آب، انتقال هدفمند دارو در بدن و بازيابي عناصر کمياب خاکي نقشي بنيادين دارند. اهميت اين عناصر در زنجيره تأمين صنعتي و فناوري‌هاي پيشرفته بر کسي پوشيده نيست و هرگونه پيشرفت در بهبود استخراج و خالص‌سازي آن‌ها، پيامدهاي اقتصادي و راهبردي گسترده‌اي به‌همراه خواهد داشت.
غشاهاي طراحي‌شده از انباشت لايه‌هاي بسيار نازک مکسين تشکيل شده‌اند؛ ورقه‌هايي دوبعدي که تنها چند اتم ضخامت دارند. در ميان فاصله‌هاي بسيار ريز و در مقياس نانو که ميان اين لايه‌ها ايجاد مي‌شود، کانال‌هايي شکل مي‌گيرد که يون‌ها ناگزيرند براي عبور از غشاء از آن‌ها بگذرند. تا پيش از اين، جامعه علمي بر اين باور بود که ويژگي‌هاي چنين غشاهايي ذاتي و غيرقابل تغيير است و سرعت و ميزان انتقال يون‌ها از همان آغاز ساخت، تثبيت مي‌شود.
با اين حال، پژوهشگران اين مرکز تحقيقاتي نشان دادند که اين فرضيه چندان هم قطعي نيست. آن‌ها دريافتند که به‌دليل رسانابودن الکتريکي مکسين، مي‌توان با اعمال يک ميدان الکتريکي، کارآمدي انتقال مولکولي از ميان غشاء را دگرگون کرد. به بيان ديگر، اين غشاء همانند يک ترانزيستور الکترونيکي عمل مي‌کند؛ ابزاري که در مدارهاي الکتريکي با اعمال ولتاژ به پايانه «گِيت»، جريان را تنظيم مي‌کند.
الکساندر نوي، دانشمند اين آزمايشگاه و يکي از نويسندگان اصلي مقاله، در توضيح اين دستاورد گفت: الهام اين طرح از توانايي ترانزيستورها در تنظيم جريان گرفته شده است. او براي ساده‌ترشدن موضوع، مثالي ملموس ارائه کرد: همان‌گونه که مي‌توان با يک شير يا حتي با فشردن شلنگ آب، ميزان جريان آب را کم‌ و زياد کرد، در اينجا نيز ميدان الکتريکي نقش همان ابزار تنظيم‌کننده را ايفا مي‌کند و عبور يون‌ها را مهار يا تقويت مي‌کند.
در اين سامانه، بار الکتريکي سطح غشاء تعيين مي‌کند چه تعداد يون بتوانند در فاصله ميان لايه‌هاي مکسين جاي بگيرند و با چه سهولتي حرکت کنند. بدين‌ترتيب، ويژگي‌هاي انتقالي غشاء نه‌تنها قابل تغيير است، بلکه مي‌توان آن را در طول فرايند جداسازي، به‌صورت لحظه‌اي روشن يا خاموش کرد و به شرايط دلخواه رساند.
نکته درخور توجه ديگر، کشف تأثير ولتاژ نوساني مثبت و منفي بر عملکرد غشاء است. آديتيا پِندسه، پژوهشگر پسادکتري پيشين اين آزمايشگاه و از ديگر نويسندگان مقاله، اعلام کرد که با اعمال ولتاژ متناوب، انتقال يون‌ها از ميان غشاء تقويت شده و سامانه عملاً به حالتي «خودپمپاژ» مي‌رسد. اين ويژگي باعث مي‌شود يون‌ها با کارآمدي بيشتري از کانال‌هاي نانومتري عبور کنند و نياز به اتکا صرف به انتشار غيرفعال کاهش يابد.
آرجون ينِمادي، دانشجوي تحصيلات تکميلي در مؤسسه فناوري ماساچوست (Massachusetts Institute of Technology)، نيز اين رويکرد مبتني بر ولتاژ نوساني را کشفي مهم توصيف کرد؛ چراکه به غشاء امکان مي‌دهد به‌جاي تکيه بر فرايندهاي طبيعي و کند انتشار، به‌طور فعال در هدايت انتقال مولکولي نقش‌آفريني کند.
پژوهشگران در گام بعدي قصد دارند کارايي اين غشاهاي ترانزيستوري را در انتقال و جداسازي يون‌هاي عناصر کمياب خاکي بيازمايند؛ موادي که براي توليد تجهيزات الکترونيکي پيشرفته، باتري‌ها، موتورهاي الکتريکي و بسياري از فناوري‌هاي نوين ضروري هستند. اگر اين فناوري بتواند در مقياس صنعتي نيز عملکرد خود را حفظ کند، مي‌تواند تحولي بنيادين در صنايع مرتبط با انرژي، محيط‌زيست و فناوري‌هاي پيشرفته ايجاد کند.
به نقل از ستاد نانو، اين دستاورد نشان مي‌دهد که مرز ميان الکترونيک و علم مواد روزبه‌روز کمرنگ‌تر مي‌شود و مفاهيمي که روزگاري صرفاً در مدارهاي نيمه‌رسانا معنا داشت، اکنون راه خود را به حوزه‌هاي زيستي و شيميايي نيز گشوده است؛ مسيري که مي‌تواند آينده فرايندهاي جداسازي را به‌کلي دگرگون کند.
ايسنا
انتهاي پيام/ن