12452

مطالعه و بررسي كاربرد غشاهاي نانوفلوئيديكي زيست تقليد به عنوان نانوترانزيستورهاي يوني در جداسازي

1401

دكتر سيد نظام¬الدين اشرفي¬زاده

غشاهاي نانوفلوئيديكي زيست تقليد نوعي غشاي مصنوعي هستند كه براساس ساختار غشاهاي زيستي طراحي و ساخته مي‌شوند. ضخامت غشا معمولاً در محدوده چند نانومتر تا چند صد نانومتر است كه بستگي به نوع كاربرد آن دارد. ساختار اين غشاها معمولاً شامل يك لايه نازك پليمري است كه حفره‌هايي به اندازه نانومتر دارد و اين غشاها مي‌توانند به صورت تك‌لايه يا چندلايه طراحي شوند. حفره‌هاي غشاء كه در واقع به شكل نانوكانال هستند اجازه عبور انتخابي يون‌ها را مي‌دهند. تفاوت اين غشاها با غشاهاي معمولي در هندسه حفرات و تخلخل است كه به شكل آرايه¬هاي منظم و از قبل طراحي شده مي¬باشد. غشاهاي نانوفلوئيديكي مي‌توانند از جنس مواد مختلفي مانند پليمرهاي آلي، نانولوله‌هاي كربني و مواد معدني باشند. اين غشاها خواص منحصر به فردي مانند انتخاب‌پذيري بالا، تراوايي زياد و پايداري شيميايي دارند. خواص سطحي و شيميايي اين حفره‌ها با اصلاح سطح پليمر تنظيم مي‌شود تا انتخاب‌پذيري لازم براي يون مورد نظر ايجاد شود. روش‌هايي مانند پيوند زدن گروه‌هاي عاملي، قرار دادن بارهاي الكتريكي و القاي بار با اعمال ولتاژ براي اصلاح سطح به كار مي‌روند. غشا با اعمال ولتاژ كنترل شده‌اي عمل مي‌كند كه باعث جذب يون‌هاي خاص و عبور آن‌ها از حفره‌ها مي‌شود. تركيب غشاي نانوفلوئيديكي و الكترودها، نانوترانزيستور يوني را تشكيل مي‌دهد و اين غشاها مي‌توانند به عنوان نانوترانزيستورهاي يوني عمل كنند. نانوترانزيستورهاي يوني دستگاه‌هايي هستند كه مي‌توانند يون‌ها را بر اساس اندازه و بار الكتريكي آن‌ها غربال كنند. از طرفي غشاهاي نانوفلوئيديكي هم با داشتن حفره‌هاي نانومتري، داراي اين دو ويژگي هستند. پس اين باعث مي‌شود غشاهاي نانوفلوئيديكي بتوانند مشابه نانوترانزيستورها عمل كرده و يون‌هاي خاصي را از ميان يون‌هاي موجود در محلول عبور دهند. در نانوترانزيستور يوني، غشا بين دو الكترود قرار مي‌گيرد و ولتاژ اعمالي باعث حركت يون‌ها از غشا مي‌شود. در واقع غشاي نانوفلوئيديكي نقش كانال انتخابگر يون را در نانوترانزيستور يوني ايفا مي‌كند. با تنظيم خواص سطحي و شيميايي غشا مي‌توان انتخاب‌پذيري آن را براي عبور يك نوع يون خاص افزايش داد. بنابراين، غشاي نانوفلوئيديكي عنصر اصلي نانوترانزيستور يوني به حساب مي‌آيد كه مسئوليت انتقال انتخابي يون‌ها را برعهده دارد. غشاهاي نانوفلوئيديكي زيست تقليد به دليل خواص ياد شده، براي استفاده به عنوان نانوترانزيستور يوني در فرايندهاي جداسازي مناسب هستند. البته طراحي و ساخت غشاهاي مزبور كه داراي خواص مطلوب باشند يكي از چالش‌هاي موجود است.

10/2/2023 12:00:00 AM

80190

1402/07/18

Biomimetic Nanofluidic Membranes as Ion Nanotransistors in Separation

غشاي نانوسيالي , نانوترانزيستور يوني , ديود , پتانسيل الكتريكي , چگالي بار فضايي , عدد انتقال , كانال يوني

Nanofluidic membranes , Ion nanotransistor , Diode , Electric potential , Spatial charge density , Transfer number , Ion channel