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:

Ранняя Вселенная не была ледяной 28.11.2025

Понимание того, как формировались первые структуры во Вселенной, требует взгляда в эпохи, в которых не существовало ни звезд, ни галактик, ни привычных нам источников света. Научные группы по всему миру пытаются восстановить картину тех времен при помощи слабейших радиосигналов, оставшихся от водорода, который наполнял космос вскоре после Большого взрыва. Новые результаты, полученные на радиотелескопе Murchison Widefield Array в Австралии, неожиданным образом меняют представление об этих ранних этапах. Сразу после Большого взрыва, произошедшего около 13,8 миллиарда лет назад, пространство стремительно расширялось и остывало. Через несколько сотен тысяч лет образовался нейтральный водород, и началась так называемая эпоха тьмы, когда Вселенная была лишена источников излучения. Лишь значительно позже гравитация собрала газ в плотные области, где зародились первые звезды и ранние черные дыры, а их интенсивное излучение привело к реионизации водорода и окончательному появлению света. ...>>

Устройство идеальной очистки воздуха 28.11.2025

Качество воздуха в закрытых помещениях давно стало важнейшим фактором здоровья, особенно в городах, где люди проводят подавляющую часть времени внутри зданий. В последние годы исследователи уделяют все больше внимания именно тем технологиям, которые способны задерживать или разрушать вредоносные частицы до того, как они попадут в дыхательные пути человека. Одним из таких новаторских направлений стала разработка инженеров Университета Британской Колумбии в Оканагане, которые предложили принципиально иной подход к очистке воздуха в присутствии людей. По словам профессора Школы инженерии доктора Санни Ли, традиционные персонализированные вентиляционные системы действительно могут улучшать качество воздуха вокруг пользователя, однако их принцип работы имеет ряд ограничений. Человек вынужден находиться в строго определенной зоне, а одновременное использование одной системы несколькими людьми снижает эффективность. Кроме того, непрерывный поток сухого очищенного воздуха способен вызывать ...>>

Ощущение текстуры через экран гаджета 27.11.2025

Гаджеты научились передавать изображение и звук с впечатляющей реалистичностью, но тактильные ощущения по-прежнему остаются недоступными для полноценной цифровой симуляции. Именно поэтому инженеры и исследователи во всем мире стремятся создать технологии, которые позволят "почувствовать" виртуальный объект так же естественно, как и настоящий. Новая разработка специалистов Северо-Западного университета США стала одним из самых заметных шагов в этом направлении. Возглавлявшая исследование аспирантка Сильвия Тан (Sylvia Tan) подчеркивает, что прикосновение остается последним фундаментальным чувственным каналом, для которого пока нет зрелого цифрового аналога. По ее словам, если визуальные и звуковые интерфейсы давно обеспечивают высокую степень реалистичности, то осязание лишь начинает приближаться к этому уровню. В недавней публикации в журнале Science Advances Тан отмечает, что новая технология способна изменить само представление о взаимодействии человека с устройствами. Разработ ...>>

AirPods Pro с инфракрасными камерами 27.11.2025

Apple традиционно играет роль новатора, поэтому ожидания от следующего поколения AirPods Pro особенно высоки. Новая модель, над которой компания уже активно работает, должна не просто улучшить звук, но и расширить способы взаимодействия человека с цифровой средой. Одним из наиболее заметных нововведений станет появление чипа Apple H3. Сегодняшние AirPods Pro используют поколение H2, обеспечивающее высокую скорость обработки звука, однако переход к H3 обещает еще более точное шумоподавление и сокращение задержки при беспроводной передаче аудио. По данным источников, новая архитектура улучшит энергоэффективность, а также позволит чипу глубже интегрироваться с устройствами экосистемы Apple. Особенно это касается гарнитуры Vision Pro, которая получит более синхронную работу с будущими наушниками. Не менее интригующей выглядит вторая инновация - миниатюрные инфракрасные камеры, встроенные непосредственно в корпус AirPods. Специалисты предполагают, что эти сенсоры смогут фиксировать дв ...>>

ИИ нужно воспринимать как пользователя 26.11.2025

Искусственный интеллект постепенно перестает быть скрытым компонентом программных решений и выходит на передний план. Сегодня алгоритмы не просто помогают обрабатывать данные, но и активно участвуют в рабочих процессах, принимают решения, взаимодействуют с корпоративными сервисами и получают доступ к критически важной инфраструктуре. Такое расширение их возможностей заставляет специалистов по безопасности переосмыслить, что именно означает присутствие ИИ в цифровой среде. Президент по продуктам и технологиям Okta Рик Смит подчеркивает, что воспринимать ИИ исключительно как технологическую надстройку уже невозможно. По его словам, компании обязаны учитывать, что искусственные агенты становятся участниками процессов наравне с живыми сотрудниками, а значит, требуют аналогичных мер защиты. Он формулирует это предельно прямо: "Мы должны защищать клиентов не только от людей, но и от ИИ-агентов - относиться к ним как к пользователям". Однако многие организации продолжают рассматривать И ...>>

Случайная новость из Архива Перезапуск Большого Адронного Коллайдера 30.04.2022 Представители Европейской организации ядерных исследований CERN объявили о том, что процесс обслуживания и модернизации Большого Адронного Коллайдера завершен, самый большой и мощный ускоритель частиц полностью смонтирован и готов к работе. Более того, специалисты CERN уже провели первые "разминочные" запуски двух лучей протонов, движущихся в противоположных направлениях. Однако, процедура запуска коллайдера - это дело небыстрое, и пройдет еще несколько месяцев до того момента, когда в недрах ускорителя начнутся столкновения лучей частиц с рекордными энергетическими показателями. Модернизация, которой подвергалось оборудование коллайдера, начиная с декабря 2018 года, позволит ему работать на еще более высоких энергетических уровнях. Если во время тестовых запусков энергия инжекции луча протонов составляла 450 миллиардов электронвольт (450 ГэВ), то в рабочем режиме эта энергия уже будет составлять 13,6 триллионов электронвольт (13,6 ТэВ). По предварительным расчетам, количество столкновений протонов во время третьего периода (Run 3) работы коллайдера увеличится в три раза. Количество же столкновений тяжелых ионов увеличится в 50 раз по сравнению с аналогичными показателями предыдущего периода работы. В результате всего этого и количество столкновений и количество собранных данных значительно превысит суммарное количество за оба предыдущих периода работы коллайдера, Run 1 и Run 2. Используя столь обширный набор новых данных, ученые-физики надеются распутать большее количество тайн и загадок, связанных с бозоном Хиггса, который связан с так называемыми полями Хиггса, которые, в свою очередь, дают их массу другим элементарным частицам. Помимо этого, ученые планируют изучить тонкости взаимодействий между бозонами Хиггса, "разблокировать двери" к нашему пониманию темной материи и темной энергии, узнать больше о таинственных частицах нейтрино и распутать больше тайн, имеющих отношение к устройству Вселенной на субатомном уровне. Предстоящая волна экспериментов в Женеве будет содержать в себе целый ряд самых строгих тестов, которые будут проверять достоверность самой современной теории об устройстве нашего мира, Стандартной Модели физики элементарных частиц.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025