Ծակոտկեն նյութի մեջ շրջելու գործողությունը հեշտացնում է սովորական ջրի անցումը ծանր ջրից անջատելու համար:
Հետազոտական խումբը Կիոտոյի համալսարանի Բջջային-նյութերի գիտությունների ինստիտուտից (iCeMS) Սուսումու Կիտագավայի գլխավորությամբ և Չինաստանի Հարավային Չինաստանի տեխնոլոգիական համալսարանի Չենգ Գուն պատրաստել են նյութ, որը կարող է արդյունավետորեն առանձնացնել ծանր ջուրը սովորական ջրից սենյակային ջերմաստիճանում: Մինչ այժմ այս գործընթացը եղել է շատ դժվար և էներգատար։ Գտածոները ազդեցություն ունեն արդյունաբերական և նույնիսկ կենսաբանական գործընթացների վրա, որոնք ներառում են նույն մոլեկուլի տարբեր ձևերի օգտագործումը: Գիտնականներն իրենց արդյունքները հայտնել են ամսագրում բնություն.
Իզոտոպոլոգները մոլեկուլներ են, որոնք ունեն նույն քիմիական բանաձևը և որոնց ատոմները միանում են նմանատիպ դասավորություններով, բայց դրանց ատոմներից առնվազն մեկն ունի նեյտրոնների տարբեր քանակ, քան մայր մոլեկուլը: Օրինակ՝ ջրի մոլեկուլը (H2O) ձևավորվում է մեկ թթվածնի և երկու ջրածնի ատոմներից: Ջրածնի ատոմներից յուրաքանչյուրի միջուկը պարունակում է մեկ պրոտոն և ոչ մի նեյտրոն: Ծանր ջրի մեջ (Դ2O), մյուս կողմից, դեյտերիումի (D) ատոմները ջրածնի իզոտոպներ են, որոնց միջուկները պարունակում են մեկ պրոտոն և մեկ նեյտրոն: Ծանր ջուրը կիրառություն ունի միջուկային ռեակտորների, բժշկական պատկերների և կենսաբանական հետազոտությունների մեջ:
«Ջրի իզոտոպոլոգները ամենադժվարներից են առանձնացնելը, քանի որ նրանց հատկությունները շատ նման են», - բացատրում է նյութագետ Չենգ Գուն: «Մեր աշխատանքը աննախադեպ մեխանիզմ է ապահովել ջրի իզոտոպոլոգների տարանջատման համար՝ օգտագործելով կլանման-տարանջատման մեթոդը»:
Գուն և քիմիկոս Սուսումու Կիտագավան գործընկերների հետ միասին հիմնել են իրենց տարանջատման տեխնիկան պղնձի վրա հիմնված ծակոտկեն կոորդինացիոն պոլիմերի (PCP) վրա: PCP-ները ծակոտկեն բյուրեղային նյութեր են, որոնք ձևավորվում են օրգանական կապակցիչներով միացված մետաղական հանգույցներից: Թիմը փորձարկել է երկու PCP, որոնք պատրաստված են տարբեր տեսակի կապիչներով:
Ինչն է նրանց PCP-ները հատկապես կարևոր դարձնում իզոտոպոլոգի բաժանման համար այն է, որ կապակցիչները շրջվում են, երբ չափավոր տաքացվում են: Այս շրջվող գործողությունը գործում է դարպասի պես՝ թույլ տալով մոլեկուլներին անցնել PCP-ի մի «վանդակից» մյուսը: Շարժումը արգելափակվում է, երբ նյութը սառչում է:
Երբ գիտնականներն իրենց «ֆլիպ-ֆլոպ դինամիկ բյուրեղները» ենթարկեցին սովորական, ծանր և կիսաթանկ ջրի խառնուրդ պարունակող գոլորշիների, այնուհետև մի փոքր տաքացրին այն, նրանք շատ ավելի արագ կլանեցին սովորական ջուրը, քան մյուս երկու իզոտոպոլոգները: Շատ կարևոր է, որ այս գործընթացը տեղի է ունեցել սենյակային ջերմաստիճանի սահմաններում:
«Մեր աշխատանքում ջրի իզոտոպոլոգների ադսորբտիվ տարանջատումը զգալիորեն գերազանցում է սովորական մեթոդներին սենյակային ջերմաստիճանի շահագործման ժամանակ շատ բարձր ընտրողականության պատճառով», - ասում է Կիտագավան: «Մենք լավատես ենք, որ մեր աշխատանքով առաջնորդվող նոր նյութեր կմշակվեն՝ առանձնացնելու այլ իզոտոպոլոգներ»։
Հղում․ «Ջրի իզոտոպոլոգների առանձնացում՝ օգտագործելով դիֆուզիոն կարգավորող ծակոտկեն նյութեր» Յան Սուի, Քեն-իչի Օտակեի, Ջիա-Ջիա Չժենի, Սատոշի Հորիկեի, Սուսումու Կիտագավայի և Չենգ Գուի կողմից, նոյեմբերի 9, բնություն.
DOI ՝ 10.1038 / s41586-022-05310-y
