Супертонкий фильтр, толщиной 50 атомов, разделяет отдельные макромолекулы

 


Недавно разработанная пористая мембрана может коренным образом изменить способы, с помощью которых врачи и ученые изучают объекты микромира.

Фильтр толщиной 50 атомов выдерживает внезапный скачок давления и в перспективе может сыграть ключевую роль в более тонкой очистке крови у пациентов, зависимых от процедуры диализа, в ускорении ионного обмена в топливных элементах, в создании новой среды для выращивания стволовых клеток, в очищении воздуха и воды на наноуровне в больницах, операционных.

Новая мембрана в тысячи раз тоньше своих аналогов, используемых в настоящее время. Её размер соответствует одной четырехтысячной толщины человеческого волоса.

«Это невероятно. Мы получили материал такой же толщины, как и молекулы, которые он сортирует. Он изобилует порами, но способен выдержать достаточное давление, чтобы использование нанофильтрации можно было сделать обычной практикой, - рассказывает Кристофер Штример (Christopher Striemer), один из создателей мембраны. - Такая ультратонкость ведет к повышению эффективности и уменьшению неизбежных потерь. Так что мы способны создавать вещи, которые не могли быть получены при использовании применяемых в настоящее время материалов».

Мембрана представляет собой 15-нанометровый слой кристалла кремния, материала, который сейчас используется в производстве компьютерных микрочипов. В лаборатории Филиппа Фоше (Philippe Fauchet), профессора Университета Рочестера, Штример обнаружил мембрану, во время изучения процесса роста кристаллов кремния под действием термической обработки.

Он использовал кристалл толщиной около 50 атомов, т.к. это давало возможность увидеть в электронный микроскоп структуру образца, сформированного при различных температурных режимах.

Поры мембраны, диаметр которых варьируется от 9 до 30 нм, формируются при быстром термическом обжиге из спонтанно образующихся пустот

В сотрудничестве со Штримером и Фоше, Джеймс Л. МакГрэт (James L. McGrath), ассистент профессора биоинженерии и его студент, Том Габорски, установили, что нанометровые поры мембраны делают отделение таких малых объектов, как белки, более эффективным, чем сейчас.

Существующие фильтры молекулярного уровня основаны на полимерной технологии. Поры в полимере представляют собой спиралевидные тоннели. Время на их прохождение молекулами увеличивается, что приводит к сильному засорению.

Во время проверки мембраны Габорски разделил два простых белка, масса и формы которых отличаются незначительно: бычий сывороточный альбумин и гамма-имунноглобулин. Через шесть минут альбумин был успешно отделен, в то время как при использовании коммерчески доступных мембран на это потребовались бы часы.

Для дальнейшего совершенствования мембраны и разработки перспективных методов диализа крови группе исследователей Университета Рочестера компанией Johnson & Johnson недавно был выделен грант в размере 100000 долларов.

Уже намечены интересные исследования, предусматривающие использование наномембран для роста нейронов из стволовых клеток.

Нанотехнологическое сообщество