Ibland är inte större bättre. Forskare vid U.S. Department of Energy's Savannah River National Laboratory har framgångsrikt visat att de kan ersätta användbara små partiklar av mononatriumtitanat (MST) med ännu tunnare nanostorlekar, vilket gör dem ännu mer användbara för en mängd olika applikationer.
MST är ett jonbytarmaterial som används för att sanera radioaktiva och industriella avloppsvattenlösningar, och har visat sig vara ett effektivt sätt att leverera metaller till levande celler för vissa typer av medicinsk behandling. Vanligtvis, MST, och en modifierad form känd som mMST utvecklad av SRNL och Sandia National Laboratories, finns i form av fint pulver, sfäriskt formade partiklar med cirka 1 till 10 mikron i diameter.
"Genom att göra varje partikel mindre, "säger Dr David Hobbs från SRNL, ledare för forskningsprojektet, "du ökar mängden yta, jämfört med partikelns totala volym. Eftersom partikelytan är där reaktioner äger rum, du har ökat MST:s arbetsområde. "Till exempel, en 10-nanometer partikel har ett yta-till-volym-förhållande som är 1000 gånger det för en 10-mikron partikel. Således, detta projekt försökte syntetisera titanatmaterial som har partikelstorlekar i nanoskala (1-200 nm). Efter framgångsrikt syntetisering av nanosize titanater, laget undersökte och fann att de mindre partiklarna verkligen uppvisar goda jonbyteskarakteristika. De fungerar också som fotokatalysatorer för sönderdelning av organiska föroreningar och är effektiva plattformar för leverans av terapeutiska metaller.
Dr Hobbs och hans partners i projektet undersökte tre metoder för att producera nanostorlekar, resulterar i tre olika former. Den ena är en sol-gel-metod, liknande processen som används för att producera "normala" MST-partiklar i mikronstorlek, men med användning av ytaktiva ämnen och utspädda koncentrationer av reaktiva kemikalier för att kontrollera partikelstorlek. Denna metod resulterade i sfäriska partiklar med en diameter på cirka 100 - 150 nm.
En andra metod började med typiska partiklar i mikronstorlek, delaminerade sedan och "packade upp" dem för att producera fibrösa partiklar med en diameter på cirka 10 nm och 100 - 150 nm långa. Den tredje metoden, som tidigare rapporterats i den vetenskapliga litteraturen, var en hydrotermisk teknik som producerade nanorör med en diameter på cirka 10 nm och längder på cirka 100 -500 nm.
Teamet hade stor kompetens i arbetet med MST, efter att ha modifierat den med peroxid för att bilda mMST, som uppvisar förbättrad prestanda för att avlägsna vissa föroreningar från radioaktivt avfall och leverera metaller för medicinsk behandling. Nanosize MST producerat med alla tre metoderna konverterades framgångsrikt till den peroxidmodifierade formen. Som med titanater i mikronstorlek, de peroxidmodifierade nanosize titanaten uppvisar en gul färg. Intensiteten hos den gula färgen verkade mindre intensiv med de hydrotermiskt producerade nanorören, vilket tyder på att den kemiskt resistenta ytan på nanorören kan begränsa omvandlingen till mMST.
Testning bekräftade att materialen fungerar som effektiva jonbytare. Till exempel, de sfäriska nanoMST- och nanorörsproverna och deras respektive peroxidmodifierade former avlägsnar strontium och aktinider från alkaliskt radioaktivt avfall på hög nivå. Under svagt sura förhållanden, nanosize -titanaterna och peroxotitanaterna avlägsnade mer än 90% av 17 olika metalljoner.
De "uppackade" titanaterna och deras peroxidmodifierade former visade sig vara särskilt bra fotokatalysatorer för sönderdelning av organiska föroreningar.
Screening in vitro-test visade att både nanostorlekar och mikronstorlekar av metallbyte titanater hämmar tillväxten av ett antal muncancer och bakteriecellinjer. Inhiberingsmekanismen är inte känd, men preliminära skanningselektronmikroskopi -resultat tyder på att titanaterna kan interagera direkt med kärnans vägg för att leverera tillräcklig metalljonkoncentration till cellkärnan för att hämma cellreplikation.
