Akceptuję
W ramach naszej witryny stosujemy pliki cookies w celu świadczenia państwu usług na najwyższym poziomie, w tym w sposób dostosowany do indywidualnych potrzeb. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień dotyczących cookies oznacza, że będą one zamieszczone w Państwa urządzeniu końcowym. Możecie Państwo dokonać w każdym czasie zmiany ustawień dotyczących cookies. Więcej szczegółów w naszej Polityce Prywatności

Zamknij X
Szkolenia

Naukowy styl życia

Nauka i biznes

Strona główna Informacje
Labro na dole

Stały rozpuszczalnik sposobem na unikatowe materiały

Materiały niemożliwe do otrzymania dotychczasowymi metodami można wyprodukować z użyciem stałego, nanostrukturalnego rozpuszczalnika krzemionkowego. Nowatorskie podejście do wytwarzania substancji o unikatowych własnościach fizykochemicznych zaprezentowali naukowcy z Instytutu Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk w Krakowie.

Zespołowi krakowskich fizyków udało się opracować elastyczną metodę wytwarzania stałych, dwuwymiarowych rozpuszczalników krzemionkowych, służących do produkcji materiałów o unikatowych własnościach fizykochemicznych. Pod określeniem "stały rozpuszczalnik" kryje się tu substancja, która po zanurzeniu w roztworze odpowiednich cząsteczek lub jonów przyłączy je do swojej powierzchni w ściśle określonej proporcji i w ustalony sposób. Osiągnięciem może się pochwalić zespół dr. hab. Łukasza Laskowskiego z Instytutu Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauki (IFJ PAN) w Krakowie. Wyniki wieloletnich prac zespołu właśnie przedstawiono na łamach czasopisma International Journal of Molecular Sciences.

Nowe materiały często wytwarza się, osadzając określone atomy bądź cząsteczki chemiczne na odpowiednim podłożu, takim jak krzemionka czy węgiel. Kłopoty sprawia tu jednak kontrola sposobu osadzania cząsteczek. Problem ten łatwo zrozumieć za pomocą prostego przykładu. Weźmy gumową piłkę, pokryjmy ją klejem, rzućmy w pierze. Po wyjęciu piłki okaże się, że na jej powierzchni w jednych miejscach pierza jest więcej, w innych mniej. Dzieje się tak właśnie z powodu braku kontroli nad tym, jak poszczególne pióra przyklejają się do piłki.

W inżynierii molekularnej sytuacja jest jeszcze bardziej skomplikowana - mówi dr Laskowski i tak przedstawia problem: Przypuśćmy, że po latach badań jednak udało się znaleźć sposób, który pozwala kontrolować odległości między piórami doklejonymi do gumowej piłki. Co by się stało, gdybyśmy nagle potrzebowali dokleić nie pióra, lecz, dajmy na to, szklane paciorki? Zapewne trzeba byłoby zmienić klej. Zmiana kleju i doklejanego elementu oznaczałaby, że trzeba byłoby opracować nowe metody kontrolowania odległości między doklejanymi elementami. To znów wymagałoby szeregu lat badań, które wcale nie musiałyby zakończyć się sukcesem.

Opisany powyżej problem krakowscy fizycy, finansowani ze środków Narodowego Centrum Nauki, postanowili rozwiązać w następujący sposób. Zamiast co chwilę męczyć się z poszukiwaniem kolejnych metod równomiernego osadzania coraz to innych jonów czy cząsteczek na nośnikach, opracowali jedną metodę pokrywania nośnika krzemionkowego jednostkami kotwiczącymi. Każda molekularna kotwica jest tu jedną stroną związana z podłożem, podczas gdy drugą może wyłapać z otoczenia jon bądź cząsteczkę ściśle określonego typu. Co szczególnie istotne, metoda pozwala zachować statystyczną kontrolę nad gęstością rozmieszczenia kotwic na powierzchni nośnika. Problem projektowania nowych materiałów został więc radykalnie uproszczony. Obecnie jego najistotniejszym punktem jest relatywnie proste i szybkie opracowanie kotwicy o jednym końcu przyciągającym aktualnie pożądane jony czy cząsteczki.

W naszej metodzie kluczową rolę stałego rozpuszczalnika pełnią nanostruktury krzemionkowe. Wytwarzamy je w takich warunkach, by formując się, były od razu pokryte regularną siatką jednostek kotwiczących o gęstości ściśle dopasowanej do naszych aktualnych potrzeb - wyjaśnia dr Magdalena Laskowska (IFJ PAN).

Możliwość statystycznego kontrolowania odległości między kotwicami, istniejąca na etapie wytwarzania krzemionkowego rozpuszczalnika, pozwala naukowcom precyzyjnie dobierać ilość substancji związanej na powierzchni krzemionkowych drobin. Jednocześnie staje się możliwe zachowanie kontroli nad wzajemnymi oddziaływaniami cząsteczek wyłapywanych przez kotwice, a nawet nad ich orientacją.

W tradycyjnych procesach wytwarzania nowych materiałów cząsteczki pewnych związków chemicznych mogą się tak osadzać na powierzchni, że ich struktura molekularna się zmienia. Cząsteczki często tracą wtedy swoje właściwości i stają się praktycznie bezużyteczne. Dzieje się tak wtedy, gdy molekuły wiążą się z podłożem za pomocą fragmentów determinujących ich cechy fizyczne czy chemiczne. Tymczasem my możemy wziąć owe niesforne cząsteczki i tak zagęścić liczbę kotwic na stałym rozpuszczalniku, by molekuły po związaniu nadal miały obszary aktywne i zachowywały pierwotną funkcjonalność - tłumaczy doktorant Oleksandr Pastukh (IFJ PAN).

Gdy odpowiednio spreparowany krzemionkowy rozpuszczalnik zanurzy się w roztworze z docelowymi jonami/cząsteczkami, kotwice na jego powierzchni wyłapią je i zwiążą, co samoistnie doprowadzi do uformowania założonej struktury molekularnej. Nowo powstały materiał wystarczy teraz odfiltrować, przemyć rozpuszczalnikiem w celu usunięcia ewentualnych zabrudzeń i osuszyć.

Opanowanie technologii wytwarzania stałych rozpuszczalników o precyzyjnie kontrolowanej dystrybucji kotwic pozwoliło badaczom z IFJ PAN odwrócić tradycyjny proces projektowania i syntezy materiałów. Zamiast badać już wytworzone materiały, by szukać dla nich zastosowań, krakowscy badacze najpierw zapoznają się z bieżącymi potrzebami na przykład w optoelektronice czy fotonice, pod ich kątem projektują właściwości materiału, następnie ustalają jego strukturę molekularną i wreszcie syntetyzują substancję o dokładnie takich cechach, jakie założono. Podczas syntezy kluczową rolę pełni często właśnie stały rozpuszczalnik, za którego pomocą można niezwykle precyzyjnie kontrolować proporcje między cząsteczkami biorącymi udział w reakcji.

Po wyprodukowaniu materiału poddajemy go badaniom w celu porównania jego rzeczywistych własności fizykochemicznych z założonymi. Jeśli pojawiają się rozbieżności, powtarzamy syntezę przy nieco zmienionych parametrach. Jeśli i to nie pomaga, wprowadzamy poprawki na etapie projektowania molekularnego - wyjaśnia szczegóły doktorant Andrii Fedrochuk (IFJ PAN).

Metoda z użyciem nanostrukturalnego rozpuszczalnika krzemionkowego jest szczególnie interesująca z uwagi na możliwość wytwarzania materiałów o unikatowych cechach nieliniowo-optycznych, na przykład o precyzyjnie dostrojonej drugiej czy trzeciej składowej harmonicznej światła (co oznacza, że fala świetlna opuszczająca materiał ma podwojoną lub potrojoną częstotliwość w stosunku do fali padającej na materiał). Ciekawe zastosowania otwierają się również w obrębie medycyny. Możliwe staje się bowiem opracowanie nowych materiałów, które dołączone do wypełnień dentystycznych czy farb pozwalałyby zachować cząsteczkom silne właściwości biobójcze.

Źródło: KopalnieWiedzy.pl


Drukuj PDF
wstecz Podziel się ze znajomymi

Recenzje




Informacje dnia: Śląscy naukowcy opracowali model opieki kardioonkologicznej Blizny można leczyć 1/3 pracowników woli złożyć wypowiedzenie, niż wrócić do biura COVID-19 wyzwala w płucach nieoczekiwany mechanizm Choroba meningokokowa jest lekceważona Przyjmujący leki alergicy są mniej podatni na zakażenie COVID-19 Śląscy naukowcy opracowali model opieki kardioonkologicznej Blizny można leczyć 1/3 pracowników woli złożyć wypowiedzenie, niż wrócić do biura COVID-19 wyzwala w płucach nieoczekiwany mechanizm Choroba meningokokowa jest lekceważona Przyjmujący leki alergicy są mniej podatni na zakażenie COVID-19 Śląscy naukowcy opracowali model opieki kardioonkologicznej Blizny można leczyć 1/3 pracowników woli złożyć wypowiedzenie, niż wrócić do biura COVID-19 wyzwala w płucach nieoczekiwany mechanizm Choroba meningokokowa jest lekceważona Przyjmujący leki alergicy są mniej podatni na zakażenie COVID-19

Partnerzy

GoldenLine Fundacja Kobiety Nauki Job24 Obywatele Nauki NeuroSkoki Portal MaterialyInzynierskie.pl Uni Gdansk MULTITRAIN I MULTITRAIN II Nauki przyrodnicze KOŁO INZYNIERÓW PB ICHF PAN FUNDACJA JWP NEURONAUKA Mlodym Okiem Polski Instytut Rozwoju Biznesu Analityka Nauka w Polsce CITTRU - Centrum Innowacji, Transferu Technologii i Rozwoju Uniwersytetu Akademia PAN Chemia i Biznes Farmacom Świat Chemii Forum Akademickie Biotechnologia     Bioszkolenia Geodezja Instytut Lotnictwa EuroLab

Szanowny Czytelniku!

 
25 maja 2018 roku zacznie obowiązywać Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2016/679 z dnia 27 kwietnia 2016 r (RODO). Potrzebujemy Twojej zgody na przetwarzanie Twoich danych osobowych przechowywanych w plikach cookies. Poniżej znajdziesz pełny zakres informacji na ten temat.
 
Zgadzam się na przechowywanie na urządzeniu, z którego korzystam tzw. plików cookies oraz na przetwarzanie moich danych osobowych pozostawianych w czasie korzystania przeze mnie ze strony internetowej Laboratoria.net w celach marketingowych, w tym na profilowanie i w celach analitycznych.

Kto będzie administratorem Twoich danych?

Administratorami Twoich danych będziemy my: Portal Laboratoria.net z siedzibą w Krakowie (Grupa INTS ul. Czerwone Maki 55/25 30-392 Kraków).

O jakich danych mówimy?

Chodzi o dane osobowe, które są zbierane w ramach korzystania przez Ciebie z naszych usług w tym zapisywanych w plikach cookies.

Dlaczego chcemy przetwarzać Twoje dane?

Przetwarzamy te dane w celach opisanych w polityce prywatności, między innymi aby:

Komu możemy przekazać dane?

Zgodnie z obowiązującym prawem Twoje dane możemy przekazywać podmiotom przetwarzającym je na nasze zlecenie, np. agencjom marketingowym, podwykonawcom naszych usług oraz podmiotom uprawnionym do uzyskania danych na podstawie obowiązującego prawa np. sądom lub organom ścigania – oczywiście tylko gdy wystąpią z żądaniem w oparciu o stosowną podstawę prawną.

Jakie masz prawa w stosunku do Twoich danych?

Masz między innymi prawo do żądania dostępu do danych, sprostowania, usunięcia lub ograniczenia ich przetwarzania. Możesz także wycofać zgodę na przetwarzanie danych osobowych, zgłosić sprzeciw oraz skorzystać z innych praw.

Jakie są podstawy prawne przetwarzania Twoich danych?

Każde przetwarzanie Twoich danych musi być oparte na właściwej, zgodnej z obowiązującymi przepisami, podstawie prawnej. Podstawą prawną przetwarzania Twoich danych w celu świadczenia usług, w tym dopasowywania ich do Twoich zainteresowań, analizowania ich i udoskonalania oraz zapewniania ich bezpieczeństwa jest niezbędność do wykonania umów o ich świadczenie (tymi umowami są zazwyczaj regulaminy lub podobne dokumenty dostępne w usługach, z których korzystasz). Taką podstawą prawną dla pomiarów statystycznych i marketingu własnego administratorów jest tzw. uzasadniony interes administratora. Przetwarzanie Twoich danych w celach marketingowych podmiotów trzecich będzie odbywać się na podstawie Twojej dobrowolnej zgody.

Dlatego też proszę zaznacz przycisk "zgadzam się" jeżeli zgadzasz się na przetwarzanie Twoich danych osobowych zbieranych w ramach korzystania przez ze mnie z portalu *Laboratoria.net, udostępnianych zarówno w wersji "desktop", jak i "mobile", w tym także zbieranych w tzw. plikach cookies. Wyrażenie zgody jest dobrowolne i możesz ją w dowolnym momencie wycofać.
 
Więcej w naszej POLITYCE PRYWATNOŚCI
 

Newsletter

Zawsze aktualne informacje