کاهش زمان دیالیز به کمک نانولوله های کربنی

کاهش زمان دیالیز به کمک نانولوله ­های کربنی

محققان آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور (LLNL) کشف کرده­اند که با كمك منافذ غشای نانولوله­های کربنی می­توان فرایندهای سریع دیالیز را انجام داد که باعث مي­شود زمان درمان بیماران همودیالیزی كاهش يابد.

توانایی جدا کردن ترکیبات مولکولی در محلول­های پیچیده برای بسیاری از فرآیندهای طبيعي و يا حتي فرآيندهاي ساخته شده توسط بشر بسیار مهم است. یکي از راه­هاي جداكردن اين تركيبات، استفاده از گرادیان غلظت در غشای متخلخل است. یون­ها و مولکول­هاي كوچك از منافذ غشا گذر مي­كنند اما مولكول­هايي كه ابعاد بزرگ­تري از منافذ دارند، نمي­توانند عبور كنند.

در طبیعت، غشاهای زيستي مانند آن­هایی که در کبد یا کلیه قرار دارند، توانايي انجام فیلتراسیون­های پیچیده با بازده بالا را دارند. درحالي­كه غشاهای مصنوعی و ساخته شده، اغلب بین انتخاب مواد و نفوذپذیری در كشمكش هستند. در واقع با افزايش قدرت انتخاب مواد، سرعت فيلتراسيون كاهش مي­يابد.

در یک کشف شگفت­انگيز که در مجله Advanced Science منتشر شد، محققان LLNL دریافتند که منافذ نانولوله­هاي کربنی، استوانه­های گرافیتي كه قطر آن­ها هزاران برابر کوچک­تر از موی انسان است، ممکن است راه­حلی برای مشكل نفوذپذیری انتخابی ارائه دهد.

 هنگام استفاده از گرادیان غلظت به عنوان نیروی محرکه، مشخص شد که یون­های کوچک مانند پتاسیم، کلرید و سدیم در این منافذ ریز بسیار سریعتر از حرکت در محلول بالک پخش می­شوند.

استیون بوکزباوم ، نویسنده اصلی مقاله ، گفت: "این نتیجه غیر منتظره بود زیرا انتظار این است که میزان انتشار در این منافذ باید برابر یا کمتر از آنچه که در محلول بالک می­بینیم باشد."

این تیم تحقيقاتي معتقد است که این کار در بسياري از فناوری­ها نتایج قابل توجهی به همراه دارد. غشاهایی که از نانولوله­های کربنی به عنوان کانال­هایي براي عبور و مرور مواد استفاده می کنند، می­توانند فرآیندهای همودیالیز را سريع­تر كرده که اين امر منجر به کاهش زمان درمان می­شود. درنتيجه هزینه و زمان لازم برای تصفیه پروتئین­ها و سایر مولکول­های زیستی و همچنین بازیابی محصولات با ارزش از محلول­های الکترولیت به شدت کاهش مي­یابد.

این گروه در پژوهش­هاي خود از غشاهایی که قبلا ساخته شده است استفاده کرده و مولكول­ها فقط از طریق فضای توخالی نانولوله­های کربنی اجازه عبور داشتند. سپس یک شیب غلظت از طریق این غشاها اعمال شد و میزان انتقال نمک­ها و آب اندازه گیری شد.

محققان به منظور شناخت بيشتر عملكرد غشا، از متخصصين آزمايشگاه LLNL کمک گرفتند. Anh Pham و Ed Lau از شبیه سازی های محاسباتی و April Sawvel  از طیف سنجی تشدید مغناطیسی هسته­ای برای درك حرکت یون­ها درون نانولوله­های کربنی استفاده کردند.

از دیگر محققان این پژوهش می­توان به Melinda Jue ، Chiatai Chen ، Eric Meshot ، Sei Jin Park ، Marissa Wood و Kuang Jen Wu از آزمايشگاه LLNL و Camille Bilodeau از موسسه پلی تکنیک Rensselaer اشاره کرد. این کار توسط بخش فناوری­های شیمیایی و بیولوژیکی آژانس کاهش تهدیدات دفاعی پشتیبانی شد.

منبع

https://www.llnl.gov/news/fast-transport-carbon-nanotube-membranes-could-advance-human-health