Ученые из Рочестерского университета (штат Нью-Йорк, США) создали фильтр толщиной в 50 атомов. Это в 4 тысячи раз тоньше человеческого волоса и в тысячи раз - существующих аналогов.
Новая пористая мембрана может произвести революцию в манипуляциях с объектами, размер которых сопоставим с молекулой. С ее помощью можно разделять белки в составе крови, создавать питательную среду для стволовых клеток, очищать воду и воздух в больницах и на нанопроизводствах.
Мембрана создана в лаборатории профессора Филиппа Фоше. Ассистент лаборатории Кристофер Стример изучал кристаллизацию кремния при нагревании. Чтобы лучше видеть образование кристаллических структур с помощью электронного микроскопа, он взял пластинку толщиной в 50 атомов. В процессе исследования обнаружилось, что процесс образования кристаллических структур сопровождался появлением между ними отверстий диаметром в несколько нанометров.
Существующие фильтры, работающие на молекулярном уровне, основаны на полимерных материалах, их структура - скорее не отверстия, а "тоннели", вследствие чего увеличивается время прохождения молекул сквозь фильтр, который часто "засоряется". Неоднократно предпринимались попытки создания фильтра путем "сверления" отверстий в пластинке кремния с помощью ионного луча, однако этот процесс оказался слишком трудоемким и экономически нецелесообразным, а сама мембрана получалась достаточно хрупкой.
Исследователи из Рочестерского университета провели испытания своего изобретения. Оказалось, что тончайшая мембрана выдерживает нагрузку в 15 фунтов на квадратный дюйм. При разделении двух белков крови через шесть минут меньший из них прошел через фильтр, а больший - нет. Кроме того, если и эти отверстия недостаточно малы, можно использовать постоянный электрический заряд пластины в качестве дополнительного фильтра для молекул с определенным зарядом.
Новый фильтр может быть применен для более эффективного диализа - исследователи уже получили грант в 100 тысяч долларов от компании Johnson & Johnson. Пока человеческая почка фильтрует белки крови гораздо лучше, нежели искусственные устройства, теперь все может измениться.
Исследовательская группа видит еще много вариантов применения мембраны в будущем. Один из них - выращивание нейронов из стволовых клеток. Опыт предыдущих лет показывает, что нервные стволовые клетки растут лучше, если в непосредственной близости присутствуют вспомогательные, которые затем необходимо удалить.
Новая мембрана позволяет расположить стволовые клетки с одной стороны, вспомогательные - с другой. Необходимое химическое взаимодействие между ними сохранится благодаря изяществу мембраны и ее свойствам, но "перемешиваться" они не будут, и их легко будет разъединить.
Теперь ученые работают над совершенствованием процесса изготовления мембраны. Стример обнаружил, что можно менять диаметр отверстий, варьируя температуру нагревания кремниевой пластины при кристаллизации. Процесс этот пока недостаточно изучен, что не позволяет получать пластины с заранее заданным размером отверстий.
Проводятся исследования мембраны на износ, поломки, стойкость к засорению - общие проблемы всех фильтров.
Источник: Информнаука
