(Phys.org) -- Gli scienziati hanno superato i principali ostacoli alla progettazione per espandere i potenziali usi dei nanopori e dei nanotubi. La creazione di nanotubi intelligenti con trasporto di massa selettivo apre una gamma più ampia di applicazioni per la purificazione dell'acqua, separazione chimica e lotta contro le malattie.

Nanopori e la loro versione arrotolata, nanotubi, sono costituiti da atomi legati tra loro in uno schema esagonale per creare una serie di aperture o canali su scala nanometrica. Questa struttura crea un filtro che può essere dimensionato per selezionare quali molecole e ioni passano nell'acqua potabile o in una cellula. La stessa tecnica di filtraggio può limitare il rilascio di sottoprodotti chimici dai processi industriali.

I successi nella produzione di nanotubi sintetici da vari materiali sono stati riportati in precedenza, ma il loro uso è stato limitato perché si degradano in acqua, la dimensione dei pori dei nanotubi di carbonio resistenti all'acqua è difficile da controllare, e, più criticamente, l'impossibilità di assemblarli in filtri appropriati.

Un team internazionale di ricercatori, con l'aiuto dell'Advanced Photon Source presso l'Argonne National Laboratory, sono riusciti a superare questi ostacoli costruendo autoassemblanti, nanopori di dimensioni specifiche. Questa nuova capacità consente loro di progettare nanotubi per funzioni specifiche e utilizzare la dimensione dei pori per bloccare selettivamente molecole e ioni specifici.

Gli scienziati hanno utilizzato raggruppamenti di atomi chiamati macrocicli increspati che condividono un nucleo planare di esaenilene etinilene che porta sei catene laterali di ammidi. Attraverso un processo di autoassemblaggio cellulare, i macrocicli si impilano cofacilmente, o atomo sopra atomo. Ogni strato del macrociclo è tenuto insieme dal legame tra gli atomi di idrogeno nelle catene laterali dell'ammide. Questo allineamento crea una dimensione dei pori uniforme indipendentemente dalla lunghezza del nanotubo. Un leggero disallineamento anche di pochi macrocicli può alterare la dimensione dei pori e compromettere notevolmente la funzionalità del nanotubo.

“È il primo nanotubo sintetico che ha un diametro molto uniforme, "ha detto Xiao Cheng Zeng, uno degli autori senior dello studio e professore emerito presso l'Università del Nebraska-Lincoln.

Le dimensioni dei pori possono essere regolate per filtrare molecole e ioni in base alla loro dimensione modificando la dimensione del macrociclo, simile al modo in cui uno spazio può essere inserito in una fede nuziale per renderlo più stretto. I canali sono permeabili all'acqua, che aiuta nella trasmissione veloce di informazioni intercellulari. I nanopori sintetici imitano l'attività dei canali ionici cellulari utilizzati nel corpo umano. La ricerca pone le basi per una serie di nuove entusiasmanti tecnologie, come nuovi modi per fornire direttamente nelle cellule proteine ​​o medicinali per combattere le malattie.

“L'idea di questa ricerca è nata dal mondo biologico, dalla nostra speranza di imitare le strutture biologiche, e siamo rimasti entusiasti dei risultati, "ha detto Bing Gong, un professore per l'Università di Buffalo a New York, che ha condotto lo studio. “Abbiamo creato il primo canale d'acqua sintetico quantitativamente confermato”.

"Pori subnanometrici autoassemblanti con insolite proprietà di trasporto di massa" appare il 17 luglio sulla rivista Comunicazioni sulla natura .

“Questa è la prima dimostrazione dell'ingegneria molecolare per creare una serie di nanotubi di dimensione uniforme dei pori che consente il trasporto ione-selettivo per una funzione specifica, "ha detto Zhonghou Cai, uno scienziato con l'Advanced Photon Source. Un raggio di raggi X ad alta energia da una sorgente luminosa, come l'APS, era l'unico modo per confermare le simulazioni al computer e testare l'uniformità del nanotubo sintetizzato strato per strato. "Non capita spesso di lavorare su qualcosa di così eccitante."