211service.com
Itin greitas silicio filtras
Akyta kelių nanometrų storio silicio membrana gali greitai filtruoti skysčius ir atskirti labai panašaus dydžio molekules, šią savaitę praneša Ročesterio universiteto mokslininkai. Gamta . Naujoji membrana gali padėti efektyviai išvalyti baltymus, kad būtų galima naudoti moksliniams tyrimams ir vaistų atradimui. Jis taip pat gali veikti maždaug 10 kartų greičiau nei dabartinės membranos, naudojamos kraujo dializei, dirbtiniam kraujo valymui. Be to, membrana gali būti naudojama kaip filtras, skirtas atskirti molekules mikrofluidikos prietaisuose, naudojamuose DNR ir baltymams tirti, ir kaip substratą auginant neurologines kamienines ląsteles.
Silicio plokštelė su 160 nanoporinių silicio membranų. Kiekviena 15 nanometrų storio, 200 x 200 mikrometrų kvadratinių membranų yra 160 kvadratų, išmargintų plokštelėje, centre.
Šiuo metu baltymams filtruoti naudojamos polimerinės membranos paprastai yra daug mikrometrų storio ir turi sudėtingą porų struktūrą, panašią į kempinę. [Filtravimas] užtrunka ilgiau, nes reikia įveikti daug didesnį atstumą, o poros susiraizgiusios, sako Philippe'as Fauchet , tyrimui vadovavęs Ročesterio universiteto elektros ir kompiuterių inžinerijos profesorius. Ir nemaža dalis to, ką reikia išgyventi, lieka visam laikui įstrigusi membranoje. Tyrėjai galiausiai praranda mažesnes baltymų molekules, kurios yra viduje, sako Jamesas McGrathas , Ročesterio biomedicinos inžinerijos profesorius ir knygos bendraautoris Gamta popierius.
Naujoji membrana yra 15 nanometrų storio, todėl greičiau filtruojasi, nesulaikydama pro ją praeinančių molekulių, o tai svarbu, jei mokslininkai nori išlaikyti ir didesnius, ir mažesnius baltymus. Kai molekulė patenka į membraną, reikia žengti vieną žingsnį ir ji yra galinėje pusėje, sako McGrathas.
Membranoms gaminti mokslininkai naudoja įrankius, kurie naudojami kuriant integrinių grandynų lustus. Dėl to filtrai turėtų būti lengvai integruojami į silicio pagrindu pagamintus mikrofluidinius prietaisus, naudojamus baltymų tyrimams, kur jie būtų naudingi, jei mokslininkai norėtų atskirti tam tikrą dominantį baltymą nuo biologinio skysčio mėginio. Tyrėjai pagamino membranas, pirmiausia ant silicio plokštelės uždėdami trijų plonų sluoksnių krūvą – amorfinį silicio sluoksnį, įterptą tarp dviejų silicio dioksido sluoksnių. Veikiant plokštelę aukštesnėje nei 700 ºC temperatūroje, amorfinis silicis kristalizuojasi ir susidaro poros. Tada mokslininkai išgraviruoja plokštelių ir silicio dioksido sluoksnius, kad atskleistų mažus nanoporinės membranos kvadratus, kurių kiekvienoje pusėje yra 200 mikrometrų. Temperatūra kontroliuoja porų skersmenį, todėl mokslininkai gali tiksliai sureguliuoti membranas: esant 715 ºC temperatūrai, membranos porų dydis yra vidutiniškai 7 nanometrai, o esant 729 ºC temperatūrai – apie 14 nanometrų.
McGrathas sako, kad membrana būtų geras substratas neurologinėms kamieninėms ląstelėms auginti. Tam tikros pagalbinės ląstelės puoselėja kamienines ląsteles ir skatina jas virsti neuronais. Norėdami gauti gryną neuronų kultūrą, mokslininkai ieško būdų, kaip fiziškai atskirti pagalbines ląsteles nuo kamieninių ląstelių, leidžiant joms keistis cheminėmis medžiagomis. [Su nauja membrana] atstumas, kuriuo jie bus atskirti, bus maždaug tokio pat dydžio kaip jų pačių plazminė membrana, sako McGrathas. Poros leis signalinei molekulei labai greitai pasklisti.
Tyrėjai mano, kad dėl siauresnio porų skersmens diapazono silicio membranos gali atskirti baltymus, kurių dydis yra daug artimesnis nei įmanoma naudojant dabartinius į kempinę panašius filtrus. Yra tūkstančiai skirtingų baltymų, atliekančių esmines žmogaus kūno funkcijas, o atskiro baltymo atskyrimas yra labai svarbus norint suprasti jo struktūrą ir funkciją. Fauchet teigia, kad sukūrę siauresnį porų skersmenų diapazoną, mokslininkai galėtų 100 procentų atskirti baltymus, net ir tuos, kurių dydis yra artimas.
Atliekant laboratorinius tyrimus, vieno nanometro pločio dažų molekulės tirpale prasiskverbia pro nanoporinę membraną 10 kartų greičiau nei per komercinę kraujo dializės membraną. Tyrėjai planuoja sustiprinti membraną – ji gali atlaikyti 15 svarų kvadratiniame colyje slėgį, kad galėtų prastumti daugiau molekulių, todėl dializės greitis gali padidėti 100 kartų, palyginti su komercinėmis membranomis.
Tačiau kai kurie ekspertai mano, kad dar per anksti pasakyti, ar membrana bus naudinga didelio masto reikmėms, pavyzdžiui, baltymų valymui ir kraujo dializei. Itin plonos membranos trūkumas yra tai, kad naudojant šią techniką sunku pagaminti didelio ploto membranas, sakoma. Andrew Zydney , Penn State universiteto chemijos inžinerijos profesorius. Dabartinės baltymų valymo sistemos biotechnologijų pramonėje efektyviai naudoja 100 kvadratinių metrų membranos, sako jis. Net jei naujoji membrana filtruoja 10 kartų greičiau, o tai reiškia, kad ji gali filtruoti tą patį skysčio kiekį 10 kartų mažesniu plotu, jūs vis tiek kalbate apie 10 kvadratinių metrų silicio membranų, sako Zydney. Nesu įsitikinęs, kad tai galima padaryti ekonomiškai efektyviu būdu.