211service.com
Buckyballs ar pārsteigumu
Virdžīnijā bāzētais starta uzņēmums Luna nanoWorks tuvojas jaunas bumbiņu versijas — futbola bumbas formas oglekļa molekulu — komercializācijai, kas, pēc uzņēmuma domām, varētu uzlabot magnētiskās rezonanses attēlveidošanu (MRI) un radīt augstas efektivitātes saules baterijas. Katra bumbiņa ir izgatavota no 80 oglekļa atomiem, kuru iekšpusē ir iesprostoti metāla-nitrīda kopas, radot nanomateriālu ar jaunām elektroniskām, optiskām un magnētiskām īpašībām.
Luna nanoWorks komercializē jauna veida buckyball, kurā 80 oglekļa atomi ietver trīs retzemju metālu atomus metāla nitrīda kompleksā. Saskaņā ar uzņēmuma teikto, molekula sola uzlabot MRI attēlus un izgatavot augstas efektivitātes saules baterijas. (Kredīts: Roberts Lenks, Luna nanoWorks prezidents)
Jauno materiālu vispirms izgatavoja Harijs Dorns un viņa kolēģi Virginia Tech, Bleksburgā, VA, nejauši. Zinātnieki parasti izveido bumbiņas — dobas sfēras, kas izgatavotas no 60 oglekļa atomiem, ir visizplatītākais veids, radot elektrisko loku starp diviem grafīta elektrodiem. Kad Virdžīnijas Tehnikas pētnieki izgatavoja šos fullerēnus, izmantojot ar metāla katalizatoru ievadītus elektrodus, elektriskā loka kamerā ieplūda gaiss. Rezultātā tika izveidots liels skaits 80 oglekļa sprostu, katrā no kuriem bija metāla nitrīda molekula, kurā bija iesprostoti trīs metāla atomi.
Pētnieki jau iepriekš ir iekļāvuši metāla molekulas bumbiņās, taču šīs ir pirmās bumbiņas, kas aptver ļoti nestabilas metāla nitrīda molekulas. Turklāt 80 oglekļa bumbiņa pati par sevi bija neparasta: neviens nekad to nebija izgatavojis, ne dobu, ne pildītu. Lai gan metāla-nitrīda molekulas un 80 oglekļa ogleklis vienas pašas neeksistē ilgi, jaunajā izkārtojumā tās viena otru stabilizē. Luna nanoWorks, kas atrodas Danvilā, VA, var izgatavot fullerēnus ar dažādām retzemju metālu kombinācijām, piemēram, skandiju, itriju un lantānu.
Bumbiņai ir neto negatīvs lādiņš, savukārt metāla klasterim ir neto pozitīvs lādiņš. Šis metāliskā fullerēna molekulas lādiņa sadalījums piešķir tai interesantas īpašības, kuras pētnieki joprojām cenšas izprast. Tas ir ļoti neparasts materiāls, nevis jūsu parastais savienojums, saka Džeimss Kross , Jēlas universitātes ķīmijas profesors. Viņš saka, ka var viegli būt dažādi praktiski pielietojumi, no kuriem visdaudzsološākais ir MRI uzlabošana.
Luna nanoWorks, kas licencēja tehnoloģiju no Virginia Tech, saka, ka materiālus varētu izmantot kā efektīvāku kontrastvielu MRI, ko izmanto, lai attēlotu mīkstos ķermeņa audus, piemēram, smadzenes un muguras smadzenes. Pašlaik ārsti injicē gadolīniju pacienta ķermenī tieši pirms MRI izmeklējuma. Metāls uzlabo skenēšanas izšķirtspēju un palielina attēla kontrastu. Bet gadolīnijs ir toksisks, tāpēc tas ir iesaiņots ar organisku savienojumu. Tas pilnībā nenovērš toksicitātes risku, saka Cross, un ierobežo gadolīnija daudzumu, ko ārsti var injicēt pacienta ķermenī.
Turpretim 80 oglekļa bumbiņa ir daudz spēcīgāks būris gadolīnija nitrīda uztveršanai nākamās paaudzes kontrastvielām, ja vēlaties tos novirzīt uz noteiktu orgānu vai slimību, saka Roberts Lenks, Luna nanoWorks prezidents. Patiešām, Dorns un viņa kolēģi Virdžīnijas Tehnoloģijā ir parādījuši, ka metāla nitrīda fullerēni uzrāda 40 reizes labāku kontrastu nekā pašlaik tirgū esošās kontrastvielas, lai gan precīzs mehānisms vēl nav izprasts. Tomēr, lai materiālu varētu izmantot MRI, tam būtu jāveic virkne drošības un toksicitātes testu un jāsaņem Pārtikas un zāļu pārvaldes apstiprinājums. Uzņēmums to plāno darīt, kad materiāls būs pilnībā izstrādāts.
Citu metālu iesprostots bumbiņā var radīt dažādus pielietojumus. Luna nanoWorks plāno izmantot šos nanomateriālus, lai izveidotu jauna veida ļoti efektīvas saules baterijas, lai gan Lenks atteicās paskaidrot, kā tie darbosies. Kad fotoni saskaras ar fotoelementu materiāliem, tiek izveidots negatīvi lādēts elektrons un pozitīvi lādēts caurums, kas bieži rekombinējas un neveicina elektrisko strāvu. Viena no aktīvajām pētniecības jomām šobrīd ir efektīvāku veidu atrašana, kā atdalīt elektronu caurumu pāri, pirms tie var rekombinēties, tādējādi palielinot saules paneļu efektivitāti, saka Lenks.
Luna nanoWorks jau pārdod pētniekiem miligramu daudzumu materiālu, un spēja izgatavot tik salīdzinoši lielus daudzumus izceļ uzņēmumu no citiem pētniecības jomā, saka Cross. Lai gan vācu un japāņu grupas ir paveikušas ievērojamu darbu pie metāla nitrīda fullerēniem, nevienai nebija iespējas iegūt atbilstošu daudzumu materiāla. Viņi saņemtu dažus mikrogramus no šīm lietām, saka Cross. Acīmredzot ar to nepietika, lai veiktu jebkāda veida nopietnu ķīmiju vai atrastu kādu pielietojumu. No otras puses, Dorna metode rada materiāla gramus.
Ar šo materiālu var izdarīt dažādas lietas, ievietojot dažādas metāla molekulas, saka Cross. Tas varētu būt prototips daudz plašākai savienojumu sērijai, kam var būt savs interesantu īpašību kopums.