Eine innovative Ergänzung zum "Werkzeugkasten" des Chemikers
Forscher haben ein programmierbares Tonmaterial und einen "Baustein" erfunden, um Entdeckungen in der Chemie und in anderen wissenschaftlichen Bereichen voranzutreiben
Mikroskopische Materialien aus Ton, die von Forschern der Universität von Missouri entwickelt wurden, könnten der Schlüssel zur Zukunft der synthetischen Materialchemie sein. Indem sie es Wissenschaftlern ermöglichen, chemische Schichten herzustellen, die je nach den Zielen des einzelnen Forschers für bestimmte Aufgaben maßgeschneidert sind, können diese als Nanoclays bezeichneten Materialien in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, z. B. im medizinischen Bereich oder in der Umweltwissenschaft.
Ein grundlegender Bestandteil des Materials ist seine elektrisch geladene Oberfläche, sagte Gary Baker, einer der Hauptverantwortlichen für das Projekt und außerordentlicher Professor am Fachbereich Chemie.
"Stellen Sie sich einen Koosh-Ball vor, bei dem die tausenden von Gummifäden, die vom Kern des Balls ausgehen, jeweils eine elektrisch geladene Perle am Ende tragen", so Baker. "Das ist vergleichbar mit einem Magneten - positiv geladene Dinge bleiben an negativ geladenen Dingen haften. Positiv geladene Nanotonerden könnten zum Beispiel eine Gruppe schädlicher fluorierter Chemikalien anziehen, die als PFAS oder "forever chemicals" bekannt sind und negativ geladen sind. Oder die Nanotonerde ist negativ geladen, so dass sie an Schwermetallionen wie Kadmium, die positiv geladen sind, haften bleibt und dabei hilft, diese aus einem kontaminierten Gewässer zu entfernen.
Zusätzlich zur elektrischen Ladung kann jedes Nanoton mit verschiedenen chemischen Komponenten angepasst werden, indem man verschiedene Teile mischt und aufeinander abstimmt. Dies macht sie für die Entwicklung von diagnostischen Sensoren für die biomedizinische Bildgebung oder die Detektion von Sprengstoffen und Kampfmitteln nutzbar.
"Im Wesentlichen handelt es sich bei diesen Nanoclays um chemische Bausteine mit spezifischen Funktionen, die zu extrem dünnen, zweidimensionalen mikroskopischen Blättern zusammengesetzt werden - dünner als ein Strang menschlicher DNA und 100.000 Mal dünner als ein Blatt Papier", so Baker. "Wir können die Funktion und die Form der chemischen Komponenten an der Oberfläche des Nanotons so anpassen, dass wir alles bauen können, was wir wollen. Wir haben gerade erst die Spitze des Eisbergs dessen freigelegt, was diese Materialien leisten können."
Zweidimensionale Materialien sind sehr begehrt, weil sie die Außenseite eines sperrigen Objekts mit einer dünnen, konformen Schicht überziehen und völlig andere Oberflächeneigenschaften als das darunter liegende Objekt erzeugen können.
"Indem wir ein paar Dinge wie verschiedene Ionen oder Goldnanopartikel mischen und aufeinander abstimmen, können wir schnell eine Chemie entwerfen, die es so noch nie gegeben hat, und je mehr wir sie anpassen, desto mehr Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich", so Baker.
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