Doorbraak in ionenvervoer: sneller opladen en verbeterde biosensing via innovatieve nanochannels

AmsterdamOnderzoekers van de Washington State University en het Lawrence Berkeley National Laboratory hebben een belangrijke doorbraak gerealiseerd in de nanowetenschap. Ze hebben nieuwe records gevestigd voor de snelheid waarmee ionen zich kunnen verplaatsen in gemengde organische ion-elektronische geleiders. Deze ontdekking kan leiden tot betere technologieën, zoals een langere levensduur van batterijen, geavanceerde biosensoren en nieuwe systemen die de werking van de menselijk brein nabootsen. Dit hebben ze bereikt door een speciaal nano-kanaal te ontwikkelen dat ionen meer dan tien keer sneller kan transporteren dan eerdere materialen.

De ontdekking maakt gebruik van een belangrijke methode: het inzetten van moleculen die ionen langs een specifieke route leiden. De onderzoekers gebruikten wateraantrekkende moleculen om ionen, opgelost in water, snel door het systeem te laten bewegen. Bij gebruik van waterafstotende moleculen vertraagden de ionen. Zo konden ze eenvoudig schakelen tussen snelle en trage ionenbeweging door de moleculen aan te passen. Deze mogelijkheid biedt verschillende voordelen, zoals:

• Snellere batterijoplaadtijden door verbeterde ionenstroom.
• Verhoogde nauwkeurigheid en gevoeligheid in biosensoren.
• Verbeterde energie-efficiëntie in zachte robotica.
• Geavanceerde neuromorfe computing door het nabootsen van biologische neuronfuncties.

Deze technologie is niet alleen snel; ze biedt ook controle over de beweging van ionen. Het stelt systemen in staat zich aan te passen aan veranderingen in hun omgeving. Zo heeft het onderzoeksteam een kleine sensor ontwikkeld die razendsnel chemische reacties kan detecteren. Dit kan helpen om vervuiling of biologische gebeurtenissen, zoals neuronactiviteit in de hersenen, op te sporen. Snelheid van detectie is essentieel voor systemen die real-time veranderingen moeten volgen in bijvoorbeeld milieuwetenschappen en gezondheidszorg.

Lees ook:

Vandaag · 10:25

Bio-geïnspireerde materialen: geavanceerde chlorofylstructuren met dendrontechnologie voor energierijke toepassingen ontwikkelen

Deze doorbraak is slechts het begin. De combinatie van biologische ionensignaleringsmethoden met elektronische systemen kan de interactie van apparaten met de wereld veranderen. Naarmate wetenschappers meer leren over hoe ionen zich in deze materialen bewegen, kunnen we nieuwe toepassingen verwachten. Toekomstig onderzoek zou zich kunnen richten op gebieden zoals cellulaire engineering en gepersonaliseerde geneeskunde.

Deze studie brengt elektronische en biologische communicatie samen, wat een uitdaging vormt voor onderzoekers. Door conductors te ontwerpen die zowel ionen als elektronen goed kunnen geleiden, kunnen we huidige technologieën verbeteren en nieuwe ontwikkelen. Met de voortgang van deze technologieën kunnen we snellere en effectievere samenwerking tussen computers en biologische systemen verwachten, wat hun prestaties in diverse toepassingen verbetert.