科学家制造出由石墨烯制成的透析膜

从最一般的意义上说，透析是分子通过一种溶液过滤出来的过程，它通过一个膜扩散到一个更稀的溶液中。除去血液中的废物外，科学家们利用透析净化药物，去除化学溶液中的残留物，并分离出用于医学诊断的分子，通常允许物质通过多孔膜。

今天的商业透析膜将分子缓慢地分离，部分是由于它们的组成：它们相对较厚，通过这种致密的膜的孔道在缠绕的路径中形成，使得目标分子很难快速通过。

现在麻省理工学院的工程师们已经从一片石墨烯中制造出一种功能性透析膜——一层碳原子，以类似于鸡丝的六角形结构连接到端部。石墨烯膜大约有指甲那么大，厚度不到1纳米。（最薄的现有memranes约20纳米厚。）团队的膜能比国家的最先进的膜更快的水溶液中高达10倍，滤出纳米尺寸的分子，与石墨烯本身快100倍。

1）石墨，生长在铜箔上，压在聚碳酸酯的支撑板上。2）聚碳酸酯作用于从铜中剥离石墨烯。3）利用界面聚合，研究人员在石墨烯中封闭了大量的眼泪和缺陷。4）下一步，他们使用氧等离子体刻蚀石墨烯中特定尺寸的孔。由研究人员提供（由麻省理工学院新闻编辑）

而石墨烯主要是探讨在电子、Piran Kidambi的应用，在麻省理工学院的机械工程系博士后，说该小组的研究结果表明，石墨烯可以提高膜技术，特别是实验室规模的分离过程和潜在的血液透析。

“由于石墨烯是很薄的，在它将很快扩散，”Kidambi说。“一个分子不必做这项繁琐的工作，在离开另一面之前，先在厚厚的薄膜中穿过所有这些弯曲的毛孔。将石墨烯移动到这种生物分离系统中是非常令人兴奋的。”

kidambi是一个研究报告的主要作者的技术，今天发表在先进材料。六位共同作者来自麻省理工学院，包括Rohit Karnik、机械工程副教授，和靖港，电气工程系副教授。

插烯

为了制造石墨烯膜，研究人员首次使用了一种称为化学气相沉积的普通技术在铜箔上生长石墨烯。然后，他们仔细地蚀刻掉了铜并将石墨烯转移到聚碳酸酯的支撑板上，整个孔都布满了足够大的孔隙，以便穿过石墨烯的任何分子。聚碳酸酯充当支架，使超薄石墨烯自卷曲。

研究人员将石墨烯转变为分子选择性筛，只通过一定大小的分子。为了做到这一点，他们通过将结构暴露在氧等离子体中，制造出微小的气孔，氧气被泵入等离子室，可以在材料上刻蚀。

“通过调整氧等离子体条件下，我们可以控制的密度和孔隙进行大小，在石墨烯是原始的地区，”Kidambi说。“发生的情况是，氧自由基进入石墨原子中的碳原子并迅速反应，它们都以二氧化碳的形式飞出。”

剩下的是在石墨烯上有个小洞，其中一个碳原子，一旦sat. Kidambi和他的同事们发现，较长的石墨烯是暴露于氧等离子体，更大和更密集的毛孔会。相对较短的曝光时间，约45至60秒，产生非常小的毛孔。

理想的缺陷

研究人员测试了不同大小和分布的多孔石墨烯膜，将每个膜置于扩散室的中间。他们在腔室的进料口填充了一种含有各种不同大小的分子混合物的溶液，从氯化钾（0.66纳米）到维生素B12（1到1.5纳米）和溶菌酶（4纳米），这是蛋清中发现的一种蛋白质。房间的另一边充满了稀溶液。

研究小组测量了分子通过石墨烯膜时的流动。

非常小的孔，让通过氯化钾而不是大分子如L-色氨酸膜，它只有0.2纳米宽的。毛孔较大的膜相应地穿透较大的分子。

团队进行商业透析膜类似的实验发现，在石墨烯膜进行比较，具有更高的“渗透，过滤出所需要的分子的速度快10倍。

Kidambi指出，聚碳酸酯支持蚀刻孔，只占其表面积的10%，这限制了所需的分子，最终通过两层的数量。

“只有10%的膜的面积是可访问的，但即使是10%，我们能够做的比国家的最先进的，”Kidambi说。

使石墨烯膜更好，该团队计划通过蚀刻更孔隙进入材料来增加膜的整体渗透率提高聚碳酸酯的支持。他们还致力于进一步扩大膜的尺寸，目前尺寸为1平方厘米。进一步的氧等离子体处理调谐来创建定制的毛孔也将改善膜的性能的东西，Kidambi指出将在电子应用石墨烯有截然不同的后果。

“令人兴奋的是，什么是不重要的电子领域实际上是完美的这个[膜透析]领域，”Kidambi说。“在电子产品中，你要尽量减少缺陷。在这里你想做正确大小的缺陷。这表明技术的最终用途决定了技术中你想要什么。这是关键。”

这项研究是支持的，部分由美国能源部和Lindemann信任团契。