Хемосинтез (нанотехнологии)
В молекулярной нанотехнологии хемосинтез — это любой химический синтез , при котором реакции происходят из-за случайного теплового движения, класс, который охватывает почти всю современную синтетическую химию. Соответственно, созданные человеком процессы химической инженерии представляются как биомимикрия вышеописанных природных явлений, а весь класс нефотосинтетических цепей, с помощью которых строятся сложные молекулы, описывается как хемо- .
Хемосинтез может применяться во многих различных областях исследований, в том числе при позиционной сборке молекул. Здесь молекулы собираются в определенных положениях для выполнения определенных типов хемосинтеза с использованием молекулярных строительных блоков. В этом случае синтез наиболее эффективно осуществляется за счет использования молекулярных строительных блоков с небольшим количеством связей. ненапряженные Предпочтительны также молекулы, то есть когда молекулы подвергаются минимальному внешнему напряжению, что приводит к тому, что молекула имеет низкую внутреннюю энергию. Существует два основных типа синтеза: аддитивный и субтрактивный. При аддитивном синтезе структура начинается с нуля, а затем постепенно добавляются молекулярные строительные блоки, пока не будет создана необходимая структура. При субтрактивном синтезе они начинают с большой молекулы и удаляют строительные блоки один за другим, пока не будет получена структура. [1]
Эту форму инженерии затем противопоставляют механосинтезу — гипотетическому процессу, в котором отдельными молекулами механически манипулируют, чтобы контролировать реакции в соответствии с требованиями человека. Поскольку фотосинтез и другие естественные процессы создают чрезвычайно сложные молекулы со спецификациями, содержащимися в РНК и долговременно хранящимися в форме ДНК , сторонники молекулярной инженерии утверждают, что искусственный процесс также может использовать цепочку долговременного хранения, кратковременного хранения и т. д. Ферментоподобные механизмы копирования аналогичны клеточным , и в конечном итоге производят сложные молекулы, которые не обязательно должны быть белками . Например, листы алмаза или углеродные нанотрубки могут быть произведены с помощью цепочки небиологических реакций, разработанных с использованием базовой модели биологии.
Использование термина «хемосинтез» подкрепляет точку зрения о том, что это возможно, указывая на то, что несколько альтернативных способов создания сложных белков, минеральных панцирей моллюсков и ракообразных и т. д. возникли естественным путем, и не все из них зависят от фотосинтеза и пищевой цепи от Солнце через хлорофилл . [2] Поскольку существует более одного такого пути создания сложных молекул, даже чрезвычайно специфических, таких как белки, съедобные для рыб , вероятность того, что люди смогут создать совершенно новую молекулу, считается (эти защитники) почти навернякай в долгосрочной перспективе. и возможно в течение одного поколения. [2]
Современные приложения
[ редактировать ]
Было разработано несколько методов наномасштабного хемосинтеза, распространенным вариантом которых является химическое осаждение в ванне (CBD). Этот процесс позволяет крупномасштабный синтез тонких пленочных слоев из различных материалов и особенно полезен при создании таких пленок для оптоэлектроники за счет эффективного создания пленок сульфида свинца (PbS). CBD-синтез этих пленок позволяет производить как экономически эффективную, так и точную сборку, при этом тип и размер зерна, а также оптические свойства наноматериала определяются свойствами окружающей ванны. Таким образом, этот метод наномасштабного хемосинтеза часто реализуется, когда эти свойства желательны, и может использоваться для широкого спектра наноматериалов, а не только для сульфида свинца, благодаря регулируемым свойствам. [3]
Как объяснялось ранее, использование химического осаждения в ванне позволяет синтезировать большие отложения слоев нанопленки при низких затратах, что важно при массовом производстве сульфида кадмия . Низкая стоимость, связанная с синтезом CdS посредством химического осаждения, привела к тому, что наночастицы CdS были применены к полупроводниковым сенсибилизированным солнечным элементам , которые при обработке наночастицами CdS улучшают характеристики своих полупроводниковых материалов за счет уменьшения энергии запрещенной зоны. [4] В частности, использование химического осаждения позволяет сделать ориентацию кристаллитов CdS более выгодной, хотя этот процесс занимает довольно много времени. Исследования С.А. Ваналакара в 2010 году привели к успешному производству пленки наночастиц сульфида кадмия толщиной 139 нм, хотя это произошло только после того, как нанесенные пленки подверглись осаждению в течение 300 минут. [4] Было обнаружено, что по мере увеличения времени осаждения пленки не только увеличивалась ее толщина, но и уменьшалась запрещенная зона полученной пленки. [4]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Меркл, Ральф (2000). «Молекулярные строительные блоки и стратегии развития молекулярных нанотехнологий». Нанотехнологии . 11 (2): 89–99. дои : 10.1088/0957-4484/11/2/309 . S2CID 250914545 .
- ^ Jump up to: а б Яннаш, Х.В.; Моттл, MJ (23 августа 1985 г.). «Геомикробиология глубоководных гидротермальных источников». Наука . 229 (4715): 717–725. Бибкод : 1985Sci...229..717J . дои : 10.1126/science.229.4715.717 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 17841485 . S2CID 24859537 .
- ^ Павар, SB; Шейх, Дж.С.; Деван, РС; Ма, Ю.Р.; Харанат, Д.; Бхосале, Пенсильвания; Патил, PS (2011). «Простой и недорогой хемосинтез наноструктурированного PBS с настраиваемыми оптическими свойствами». Прикладная наука о поверхности . 258 (5): 1869–1875. Бибкод : 2011ApSS..258.1869P . дои : 10.1016/j.apsusc.2011.10.069 .
- ^ Jump up to: а б с Ваналакар, С.А. «Квантово-размерные эффекты в хемосинтезированных наноструктурированных тонких пленках CdS». Дайджест журнала наноматериалов и биоструктур.
