Ионные фильтры нового поколения

31.07.2025

Вода - один из важнейших ресурсов планеты, а ее очистка и селективное выделение полезных компонентов - задача, требующая передовых технологий. Современные исследования в области нанотехнологий и биомиметики позволяют создавать устройства, способные имитировать природные процессы и значительно повысить эффективность фильтрации.

Недавняя работа ученых из Университета Чикаго и Северо-Западного университета демонстрирует прорыв в создании ионных каналов, способных избирательно транспортировать ионы, повторяя поведение клеточных мембран.

В живых организмах транспорт ионов через клеточные мембраны регулируется специализированными белками, которые открывают или закрывают проходы по необходимости. Эта избирательность жизненно важна для поддержания функций клеток и всего организма. Исследователи во главе с Чонг Лю из Притцкерской школы молекулярной инженерии создали аналогичные двумерные каналы размером в несколько ангстрем, которые способны управлять прохождением ионов, используя тонкие химические взаимодействия, вдохновленные биологией.

Особое внимание было уделено контролю потока калия, который играет ключевую роль в биологических процессах и технологиях. Эксперименты показали, что добавление всего лишь одного процента ионов свинца удваивает проходимость калия через наноканал. Это объясняется тем, что свинец взаимодействует с ацетатными группами на стенках канала, меняя динамику транспорта. Благодаря этому калий и хлорид формируют нейтральные пары, которые проходят через канал практически без сопротивления, в отличие от одиночных ионов, испытывающих взаимодействие с заряженными поверхностями.

Ученые подчеркивают, что именно кооперативное взаимодействие ионов лежит в основе этого эффекта, что не только помогает понять механизмы транспорта в биологических системах, но и расширяет возможности применения таких фильтров в технических сферах. При этом команда обнаружила, что можно не только усиливать транспорт, но и подавлять его: введение ионов кобальта или бария изменяло взаимодействия и снижало число нейтральных пар, тем самым снижая проходимость.

По словам Цинси Сюн, изменение комбинации ионов позволяет переключаться между ускоряющим и замедляющим эффектами, что открывает перспективы для создания умных фильтров с регулируемой селективностью. Это особенно актуально для очистки воды, а также для извлечения ценных элементов, таких как литий, используемый в аккумуляторах и других современных технологиях.

Исследователи уверены, что их методы можно адаптировать и к другим нанофлюидическим системам, расширяя возможности по созданию универсальных фильтров нового поколения. В своей работе они не только применяют принципы биоинженерии, но и вносят значительный вклад в фундаментальную науку, объединяя химию, биологию и материаловедение.

В результате формируется новая область знаний - наука о контролируемом молекулярном транспорте, которая позволит создавать технологии с высокой точностью управления ионов. Это открывает путь к экологически чистым, эффективным и экономичным решениям для промышленности и повседневной жизни.

<< Назад: Таблетки от послеродовой депрессии 31.07.2025

>> Вперед: Дилемма повторно закипяченой воды 30.07.2025

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Музыка юности остается с нами навсегда 30.10.2025

Музыка сопровождает человека всю жизнь, но некоторые мелодии и песни оставляют особенно глубокий след в памяти. Ученые давно замечали, что композиции из подросткового возраста вызывают сильные эмоции даже спустя десятилетия, и недавно международная команда исследователей под руководством Университета Ювяскюля (Финляндия) подтвердила этот эффект научно. В исследовании приняли участие около 2000 человек из 84 стран. Ученые выявили явление, которое они назвали "пиком воспоминаний": эмоциональная привязка к музыке достигает максимума примерно в 17 лет. Именно песни этого периода чаще всего остаются значимыми и вызывают яркие эмоции долгие годы спустя. Интересно, что у мужчин и женщин наблюдаются разные временные рамки этого пика. У мужчин он приходится примерно на 16 лет, тогда как у женщин - на 19. Исследователи объясняют это различие особенностями формирования музыкальной идентичности: юноши чаще ищут самостоятельность и бунт, а девушки связывают музыку с личными отношениями и пере ...>>

Сплав Cr-Mo-Si с уникальными свойствами 30.10.2025

Разработка материалов, способных работать в экстремальных условиях, остается одной из ключевых задач современной инженерии. Особенно это важно для авиации и энергетики, где повышение термостойкости компонентов напрямую влияет на эффективность и надежность оборудования. Международная группа исследователей объявила о создании нового металлического сплава, обладающего уникальным сочетанием свойств: высокой термостойкостью, устойчивостью к коррозии и сохранением пластичности даже при комнатной температуре. Новый сплав содержит хром, молибден и всего 3 атомных процента кремния. Именно кремний способствует формированию плотного слоя оксида хрома на поверхности металла, который действует как невидимый барьер против кислорода и азота при высоких температурах. В отличие от предыдущих сплавов, этот защитный слой формируется без хрупких силицидов, которые обычно снижали пластичность и делали материалы склонными к трещинам. По словам профессора Мартина Гайльмайера из Института технологий Кар ...>>

Открыт лед, замерзающий при комнатной температуре 29.10.2025

Изучение воды продолжает приносить удивительные открытия: несмотря на то, что эта жидкость кажется хорошо известной, она способна проявлять необычные свойства в экстремальных условиях. Международная команда ученых недавно обнаружила новый вид льда, который формируется при комнатной температуре, если вода подвергается сильному давлению. Это открытие не только расширяет наши знания о воде, но и помогает лучше понять процессы в недрах планет и их спутников. Исследователи из Корейского института стандартов и науки совместно с европейскими коллегами, работающими на рентгеновском лазере на свободных электронах (XFEL) в Германии, провели серию экспериментов с водой в динамической ячейке с алмазными наковальнями. Давление изменялось от 0,001 гигапаскаля до 120 гигапаскалей в секунду - в миллионы раз выше атмосферного, при этом температура поддерживалась около 25 °C, близкой к комнатной. В течение сотен циклов ученые наблюдали, как вода многократно замерзает и тает, фиксируя каждый этап с ис ...>>

Тихий сверхзвуковой самолет NASA X-59 29.10.2025

Сверхзвуковая авиация всегда была мечтой инженеров и пассажиров: возможность пересекать континенты за считанные часы казалась пределом прогресса. Однако шумные ударные волны и технические сложности превратили эту мечту в дорогостоящую редкость. NASA вместе с Lockheed Martin делает шаг к новой эре сверхзвуковых полетов - тихому самолету X-59, способному преодолевать звук без разрушительного грохота. В 1960-е годы сверхзвуковые пассажирские самолеты рассматривались как будущее авиации. Правительства вкладывали миллиарды долларов, сопоставимые с бюджетами космических программ, в технологическую гонку, сопоставимую по масштабу с высадкой человека на Луну. В реальности регулярные перевозки осуществлялись всего на 12 "Конкордах" и двух советских Ту-144, которые были вскоре сняты с эксплуатации из-за проблем с безопасностью и высокой стоимостью эксплуатации. Одной из главных преград для развития сверхзвуковых пассажирских самолетов стал звуковой удар - мощная ударная волна, формирующаяс ...>>

Физическая активность ускоряет обмен веществ 28.10.2025

Физические упражнения давно считаются ключом к поддержанию здоровья и контроля веса, но до недавнего времени ученые спорили о том, насколько организм увеличивает расход энергии во время тренировок. Новое исследование показало: движение действительно заставляет тело сжигать больше калорий, не экономя энергию на других жизненно важных функциях. К такому выводу пришли специалисты Технологического университета Виргинии (Virginia Tech) совместно с коллегами из университетов Абердина (Великобритания) и Шэньчжэня (Китай). Они изучили, как физическая нагрузка влияет на общий "энергетический бюджет" организма, включая затраты на дыхание, циркуляцию крови, терморегуляцию и другие базовые процессы. До этого существовали две гипотезы: либо организм перераспределяет фиксированный объем энергии, "забирая" ее у других функций ради движения, либо общий расход калорий увеличивается за счет дополнительной физической активности. Результаты исследования однозначно показали, что организм не экономит ...>>

Случайная новость из Архива Первый коммерческий чипсет стандарта 5G 3GPP от Huawei 02.03.2018 Компания Huawei представила чипсет для 5G сетей Balong 5G01, который поддерживает широко признанный стандарт для 5G сетей, разработанный консорциумом 3GPP. Коммерческий запуск этого чипа открывает новый этап развития беспроводных телекоммуникаций. Это первый в мире и пока единственный процессорный модем, поддерживающий технологию 8х8 MIMO с лучшими на рынке характеристиками по скорости передачи и мощности сигнала, обеспечивающий 80-процентное улучшение спектральной эффективности по сравнению с 4х4 MIMO. Он также поддерживает технологию LTE-V и способен обеспечивать более защищенное и стабильное соединение с подключенными автомобилями в сетях IOV. "Технологии 5G станут основой для нового этапа формирования современного мира, в котором мобильные устройства, автомобили, дома будут подключены к сети, обеспечивая новый уровень комфорта, возможностей и безопасности, - сказал исполнительный директор Huawei Consumer Business Group Ричард Ю. - С 2009 года Huawei инвестировал в исследования и разработки, связанные с технологиями 5G около 600 миллионов долларов. Это позволило нам занять лидирующие позиции в сетевых архитектурах, использовании частотных диапазонов, тестировании в реальных условиях и других сферах. Мы стремимся к созданию полноценной и зрелой экосистемы, открывающей пользователям преимущества мира высоких технологий, который изменит наши подходы к общению и обмену информацией".

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025