(PhysOrg.com) -- Pour la première fois, une équipe d'ingénieurs chimistes du MIT a observé des ions isolés traverser un minuscule canal de nanotubes de carbone. De tels canaux pourraient être utilisés comme détecteurs extrêmement sensibles ou dans le cadre d'un nouveau système de dessalement de l'eau. Ils pourraient également permettre aux scientifiques d'étudier les réactions chimiques au niveau d'une seule molécule.

Nanotubes de carbone — minuscules, cylindres creux dont les parois sont des réseaux d'atomes de carbone - sont d'environ 10, 000 fois plus fin qu'un cheveu humain. Depuis leur découverte il y a près de 20 ans, les chercheurs les ont expérimentés comme batteries, transistor, capteurs et cellules solaires, entre autres applications.

Dans le numéro du 10 septembre de Science , Les chercheurs du MIT rapportent que les molécules chargées, tels que les ions sodium et chlorure qui se forment lorsque le sel est dissous dans l'eau, peut non seulement s'écouler rapidement à travers les nanotubes de carbone, mais peut aussi, sous certaines conditions, faites-le un à la fois, comme des gens qui traversent un pont à tour de rôle. La recherche a été dirigée par le professeur agrégé Michael Strano.

Le nouveau système permet le passage de molécules beaucoup plus petites, sur de plus grandes distances (jusqu'à un demi-millimètre), que n'importe quel nanocanal existant. Actuellement, le nanocanal le plus couramment étudié est un nanopore de silicium, fait en perçant un trou à travers une membrane de silicium. Cependant, ces canaux sont beaucoup plus courts que les nouveaux canaux de nanotubes (les nanotubes sont environ 20, 000 fois plus longtemps), ils ne permettent donc le passage que de grosses molécules telles que l'ADN ou les polymères - tout ce qui est plus petit se déplacerait trop rapidement pour être détecté.

Strano et ses co-auteurs — le récent titulaire d'un doctorat Chang Young Lee, l'étudiant diplômé Wonjoon Choi et l'associé postdoctoral Jae-Hee Han - ont construit leur nouveau nanocanal en faisant croître un nanotube sur une plaque d'un centimètre sur un centimètre, reliant deux réservoirs d'eau. Chaque réservoir contient une électrode, un positif et un négatif. Parce que l'électricité ne peut circuler que si les protons - les ions d'hydrogène chargés positivement, qui composent le courant électrique — peuvent voyager d'une électrode à l'autre, les chercheurs peuvent facilement déterminer si les ions voyagent à travers le nanotube.

Ils ont découvert que les protons circulent régulièrement à travers le nanotube, transportant un courant électrique. Les protons circulent facilement à travers le nanocanal car ils sont si petits, mais les chercheurs ont observé que d'autres ions chargés positivement, comme le sodium, peut également passer mais seulement si un champ électrique suffisant est appliqué. Les ions sodium sont beaucoup plus gros que les protons, ils mettent donc plus de temps à traverser une fois entrés. Pendant qu'ils traversent la Manche, ils empêchent les protons de circuler, entraînant une brève interruption du courant connue sous le nom d'effet Coulter.

Strano pense que les canaux ne laissent passer que des ions chargés positivement car les extrémités des tubes contiennent des charges négatives, qui attirent les ions positifs. Cependant, il prévoit de construire des canaux qui attirent les ions négatifs en ajoutant des charges positives au tube.

Une fois que les chercheurs disposent de ces deux types de canaux, ils espèrent les enrober dans une membrane qui pourrait aussi servir au dessalement de l'eau. Plus de 97% de l'eau de la Terre se trouve dans les océans, mais ce vaste réservoir est imbuvable si le sel n'est pas enlevé. Les méthodes de dessalement actuelles, distillation et osmose inverse, sont chers et nécessitent beaucoup d'énergie. Ainsi, une membrane de nanotube qui permet à la fois aux ions sodium et chlorure (qui sont chargés négativement) de s'écouler de l'eau de mer pourrait devenir un moyen moins coûteux de dessaler l'eau.

Cette étude marque la première fois que des ions individuels dissous dans l'eau ont été observés à température ambiante. Cela signifie que les nanocanaux pourraient également détecter les impuretés, comme l'arsenic ou le mercure, dans l'eau potable. (Les ions peuvent être identifiés par le temps qu'il leur faut pour traverser le canal, qui dépend de leur taille). « Si un seul ion arsenic flotte en solution, vous pourriez le détecter, " dit Strano.