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研究人员开发了用于有毒纳米粒子的介电泳镊子

信息来源:星火计划 发布时间:【2020-08-17 】 点击次数:
韩国研究小组开发了一种技术,可以有效控制细颗粒物和纳米塑料,这些细颗粒物和纳米塑料是造成人类毒性和生态系统破坏的主要原因。这项技术可以实时分选,纯化和浓缩人眼看不见的纳米颗粒,具有巨大的潜在应用价值,不仅可以用于从自然环境中去除有毒颗粒,而且还可以用于去除病毒和检测与痴呆有关的疾病蛋白质和癌症诊断标志物。由于其广泛的适用性,这项技术引起了科学和学术界的广泛关注。
纳米间隙电极的模型图,允许使用介电镊子技术。图片来源:韩国科学技术研究院(KIST)
由韩国科学技术研究院(KIST)国家议程研究部传感器系统研究中心的Yong-sang Ryu博士领导的研究团队,与韩国科学技术研究院的 Sin-Doo Lee博士领导的团队一起工作。首尔国立大学电气与计算机工程系宣布开发出一种纳米间隙电极,该电极能够捕获小至20纳米(纳米,人发厚度的1000倍)的漂浮微粒。该研究小组将新开发的电极用于细胞外囊泡(外泌体)的成功选择性浓缩和定位实验中,这些药物在药物开发领域具有潜力,并可作为癌症和痴呆症相关蛋白的新诊断标记。
 
世界各地的研究人员正在寻求在不破坏纳米粒子的情况下对其进行处理的技术。光学镊子技术是此类技术的代表,该技术在2018年获得了诺贝尔物理学奖。然而,已经证明难以超越单个粒子级的操纵/测量并且难以大规模地实现商业化。在收集,分类,纯化和浓缩尺寸为100 nm或更小的粒子的缩放机制中,研究人员屡屡遇到技术限制。但是,在大规模的大气和水环境中需要这种机制。
 
KIST-SNU联合研究团队通过厘米级设备生产的颗粒浓缩和纯化实验,克服了这些限制,并通过将纳米级绝缘膜垂直夹在两个电极之间,成功地按比例放大了纳米间隙电极,从而实现了介电泳镊子技术将应用于大面积。介电电泳是一种技术,其中每秒振动几百到几千次的波长被施加到两个电极上,以在电极周围形成不均匀的电场分布。然后使用电极吸引或排斥纳米间隙附近的颗粒。
 
联合研究小组进行了实验,以寻找可以使用普遍可用的半导体工艺而非现有昂贵设备的技术。在实验过程中,研究小组发现,在不对称电极排列的垂直阵列中,电极产生的介电泳力是传统水平排列纳米间隙阵列的10倍以上。这一发现同时解决了扩大规模的问题,并降低了与纳米间隙技术相关的成本。使用常规的水平电极阵列生产方法,生产足够的纳米间隙电极以覆盖指甲区域是相当昂贵的。新的介电电泳技术可产生足够多的纳米间隙电极,以覆盖LP圆盘的面积,而成本仅为一小部分。
 
由KIST研究团队开发的垂直纳米间隙技术可以扩大纳米间隙电极技术的规模,生产出多种形状和尺寸的纳米间隙电极,并从根本上降低单位生产成本。这样,该技术具有广泛的潜在应用。根据研究小组的说法,纳米间隙电极在空气或水过滤器中使用时,可以在低压(例如普通AA电池)的低压下工作,以实时检测和清除各种微小的浮尘,例如细尘,纳米塑料,病毒,细菌和细菌。
 
该研究的主要作者余义生博士说:“这项成就将在未来对纳米级颗粒的分选和纯化应用,无论其颗粒类型或环境如何。”
 
该研究报告的通讯作者,韩国科学技术研究院的Rong-Yang Sang Ryu博士补充说:“我们希望该研究能够为解决各种社会问题和提高人类总体生活水平做出广泛贡献。”
 

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