החדרת תרכובות דרך קרומי התאים חיונית לתהליכי-חיים רבים, לדוגמא: איתות חשמלי בתאי-עצב, שרירים וסינפסות. חוקרים מלורנס ליברמור מחקים את התהליך הזה באמצעות קרומים סינתטיים המורכבים מננו-צינורות פחמן, ובעלי חללים הקטנים פי מאה אלף משערת אדם
החדרת תרכובות דרך קרומי התאים חיונית לתהליכי-חיים רבים, לדוגמא: איתות חשמלי בתאי-עצב, שרירים וסינפסות.
במערכות ביולוגיות, קרומי התאים לרוב מורכבים ממשטחים פנימיים חלקלקים בעלי אזורי סינון בררניים המכילים תעלות חלבוניות מוגדרות בגודל תת-ננומטרי. חללים אלו מווסתים את התעבורה התאית ומאפשרים לחלק מהתרכובות הקטנות ביותר בעולם לחצות בהצלחה את הקרום במהירות, בעוד בו-בזמן למנוע זאת מתרכובות קטנות או יונים אחרים מלעשות כן. חוקרים מהמעבדה הלאומית ע”ש Lawrence Livermore מחקים את התהליך הזה באמצעות קרומים סינתטיים המורכבים מננו-צינורות פחמן, ובעלי חללים הקטנים פי מאה אלף משערת אדם.
החוקרים הצליחו גם לקבוע את מנגנון הדחייה של חללים אלו. “ננו-צינורות פחמן הידרופוביים ובעלי קוטר זעיר יכולים לספק מודל פשוט לתעלות הקרומים הללו באמצעות חיקוי מאפיינים חיוניים בתבנית פשוטה וקשיחה יותר,” אומרת החוקרת הראשית. החוקרים גילו כי פרודות מים נעות במהירות דרך ננו-צינורות הפחמן ואינן “נדבקות” למשטחו הפנימי והחלקלק של הצינור, באופן דומה להתנהגותן בתעלות ביולוגיות. פרודות המים נעות בצורה של שרשרת, או צבר כעין אשכול, וזאת בשל המשיכה העזה ביניהן כתוצאה מקשרי-מימן. “ניתן לצייר את זה כעין מיני-רכבות משא של פרודות-מים הקשורות כשרשרות “הטסות” במהירות גבוהה דרך תעלה ננו-צינורית צרה,” אומרת אחת החוקרות בצוות.
אחד מהיישומים המבטיחים ביותר לקרומי ננו-צינורות פחמן הינו התפלת מי-ים. קרומים אלו יוכלו בעתיד להחליף את הקרומים השכיחים כיום ולחסוך אנרגיה רבה בהתפלת-מים. במחקר הנוכחי החוקרים ביקשו לבחון אם קרומים בעלי חללים בגודל של 1.6 ננומטרים דוחים יונים המרכיבים את המלחים השכיחים. למעשה, החללים אכן דחו את היונים והצוות הצליח להבין את המנגנון המעורב בכך. “המחקר שלנו מראה כי תעלות בעלות חללים בקוטר ממוצע של 1.6 ננומטרים דוחות את המלחים בשל המטען החשמלי בקצות ננו-צינורות הפחמן הללו,” אומר פרנצ'סקו פורנאסיארו (Fornasiero), אחד מחברי-צוות המחקר.
הזרם המהיר דרך חללי ננו-צינורות הפחמן הופך את הקרומים המורכבים מהם לחדירים יותר מקרומים בעלי גודל חללים זהה. אולם, בדומה לקרומים שכיחים אחרים, סוג זה דוחה יונים וחלקיקים אחרים כתוצאה מאפקט משולב של גודל החרירים והמטען החשמלי בהם. חוקרים יוכלו עתה לבנות קרומים יעילים יותר תוך בקרה מדויקת על קוטר החללים, המטען החשמלי בהם וחומרים מגוונים שימולאו במרווחים שביניהם.
