(PhysOrg.com) -- Per la prima volta, un team di ingegneri chimici del MIT ha osservato singoli ioni marciare attraverso un minuscolo canale di nanotubi di carbonio. Tali canali potrebbero essere utilizzati come rilevatori estremamente sensibili o come parte di un nuovo sistema di desalinizzazione dell'acqua. Potrebbero anche consentire agli scienziati di studiare le reazioni chimiche a livello di singola molecola.

Nanotubi di carbonio:minuscoli, cilindri cavi le cui pareti sono reticoli di atomi di carbonio - sono circa 10, 000 volte più sottile di un capello umano. Dalla loro scoperta circa 20 anni fa, i ricercatori li hanno sperimentati come batterie, transistor, sensori e celle solari, tra le altre applicazioni.

Nel numero del 10 settembre di Scienza , I ricercatori del MIT riferiscono che le molecole cariche, come gli ioni sodio e cloruro che si formano quando il sale viene sciolto in acqua, non solo può fluire rapidamente attraverso i nanotubi di carbonio, ma può anche in alcune condizioni, fallo uno alla volta, come persone che a turno attraversano un ponte. La ricerca è stata guidata dal professore associato Michael Strano.

Il nuovo sistema permette il passaggio di molecole molto più piccole, su distanze maggiori (fino a mezzo millimetro), rispetto a qualsiasi nanocanale esistente. Attualmente, il nanocanale più comunemente studiato è un nanoporo di silicio, realizzato praticando un foro attraverso una membrana di silicio. Però, questi canali sono molto più corti dei nuovi canali dei nanotubi (i nanotubi sono circa 20, 000 volte più lungo), quindi consentono solo il passaggio di grandi molecole come DNA o polimeri:qualsiasi cosa più piccola si muoverebbe troppo rapidamente per essere rilevata.

Strano e i suoi coautori:il recente dottorando Chang Young Lee, lo studente laureato Wonjoon Choi e il socio postdottorato Jae-Hee Han hanno costruito il loro nuovo nanocanale facendo crescere un nanotubo su una lastra di un centimetro per un centimetro, collegamento di due serbatoi d'acqua. Ogni serbatoio contiene un elettrodo, uno positivo e uno negativo. Poiché l'elettricità può fluire solo se i protoni - ioni di idrogeno carichi positivamente, che costituiscono la corrente elettrica — può viaggiare da un elettrodo all'altro, i ricercatori possono facilmente determinare se gli ioni viaggiano attraverso il nanotubo.

Hanno scoperto che i protoni fluiscono costantemente attraverso il nanotubo, trasportando una corrente elettrica. I protoni fluiscono facilmente attraverso il nanocanale perché sono così piccoli, ma i ricercatori hanno osservato che altri ioni carichi positivamente, come il sodio, può anche passare, ma solo se viene applicato un campo elettrico sufficiente. Gli ioni sodio sono molto più grandi dei protoni, quindi impiegano più tempo ad attraversare una volta entrati. Mentre attraversano il canale, bloccano il flusso dei protoni, portando a una breve interruzione della corrente nota come effetto Coulter.

Strano ritiene che i canali permettano solo agli ioni caricati positivamente di fluire attraverso di essi perché le estremità dei tubi contengono cariche negative, che attraggono ioni positivi. Però, ha in programma di costruire canali che attraggano ioni negativi aggiungendo cariche positive al tubo.

Una volta che i ricercatori hanno questi due tipi di canali, sperano di incorporarli in una membrana che potrebbe essere utilizzata anche per la desalinizzazione dell'acqua. Più del 97 percento dell'acqua della Terra si trova negli oceani, ma quel vasto serbatoio è imbevibile a meno che non venga rimosso il sale. Gli attuali metodi di desalinizzazione, distillazione e osmosi inversa, sono costosi e richiedono molta energia. Quindi una membrana di nanotubi che consente agli ioni sodio e cloruro (che sono caricati negativamente) di fluire fuori dall'acqua di mare potrebbe diventare un modo più economico per desalinizzare l'acqua.

Questo studio segna la prima volta che i singoli ioni disciolti in acqua sono stati osservati a temperatura ambiente. Ciò significa che i nanocanali potrebbero anche rilevare le impurità, come arsenico o mercurio, nell'acqua potabile. (Gli ioni possono essere identificati da quanto tempo impiegano ad attraversare il canale, che dipende dalle loro dimensioni). “Se un singolo ione arsenico galleggia in soluzione, potresti rilevarlo, ” dice Strano.