Исследователи в Технологическом институте штата Джорджия показали, что замена поставок стандартной мощности с устройствами TENG для зарядки проанализированных молекул может повысить чувствительность массовых спектрометров к беспрецедентным уровням. Улучшение также позволяет идентификации быть сделанной с меньшими типовыми объемами, потенциально сохраняя драгоценные биомолекулы или химические смеси, которые могут быть доступными только в мелких количествах.Хотя механизм, которым происходит улучшение, требует большего количества исследования, исследователи верят уникальным аспектам продукции TENG – колеблющийся высокое напряжение и управляли током – позволяют улучшения процесса ионизации, увеличивая напряжение, примененное без разрушительных образцов или инструмента.
Об исследовании, которое было поддержано Национальным научным фондом, Программой Астробиологии НАСА и Министерством энергетики, сообщают 27 февраля в журнале Nature Nanotechnology.«Наше открытие – в основном новый и способ, которым очень управляют, поместить обвинение на молекулы», сказал Факундо Фернандес, преподаватель в Школе Технологического института Джорджии Химии и Биохимии, кто использует масс-спектрометрию, чтобы изучить все от маленьких молекул препарата до больших белков. «Мы знаем точно, сколько обвинения мы производим использование этих наногенераторов, позволяя нам достигнуть уровней чувствительности, которые являются неслыханными – в масштабе zeptomole.
Мы можем иметь размеры вниз к буквально сотням молекул без маркировки».Фернандес и его исследовательская группа работали с Чжун Линь Ваном, пионером в разрабатывании технологии TENG. Ван, преподаватель Регентов в Школе Технологического института Джорджии Материаловедения и Разработки, сказал, что TENGs обеспечивают последовательные зарядные уровни, которые производят квантовавшие импульсы иона приспосабливаемой продолжительности, полярности и частоты.«Ключ вот – то, что полным обвинением, поставленным в каждом цикле, полностью управляют и постоянное независимо от скорости, на которой вызван TENG», сказал Ван, который держит Стул Hightower в Школе Материаловедения и Разработки. «Это – новое направление для triboelectric наногенераторов и открывает дверь для использования технологии в дизайне будущей инструментовки и оборудования.
Это исследование демонстрирует другое практическое воздействие технологии TENG».Масс-спектрометрия измеряет отношение массы к обвинению ионов, чтобы определить и определить количество молекул и в простых и в сложных смесях. Технология используется через широкий диапазон научных областей и заявлений с молекулами в пределах от маленьких соединений препарата на до больших биомолекул. Масс-спектрометрия используется в биомедицине, науке о продуктах питания, национальной безопасности, системной биологии, изобретении лекарства и других областях.
Но в обычных методах спекуляции массы электроспрея, целых 99 процентов образца могут быть потрачены впустую во время ионизации, сказал Фернандес, который держит Председателя Фонда Vasser Woolley в Биоаналитической Химии. Это в основном, потому что в обычных системах, массовый аналитический процесс пульсируется или просматривается, в то время как ионизация образцов непрерывна. Новый TENG пульсировал, источник энергии позволяет ученым времени ионизацию, чтобы соответствовать тому, что происходит в массовом спектрометре, определенно в компоненте, известном как массовый анализатор.
Вне улучшенной чувствительности и способности проанализировать количества очень небольшой выборки, новая техника также позволяет смещение иона на поверхностях, даже непроводящих. Поэтому колеблющаяся ионизация производит последовательность чередования положительных и отрицательных зарядов, производя чистую нейтральную поверхность, сказал Фернандес.Массовые спектрометры требуют больших количеств энергии для создания вакуума, важного для измерения отношения массы к обвинению каждой молекулы. В то время как возможно, что будущие устройства TENG могли привести весь миниатюрный массовый спектрометр в действие, устройства TENG теперь используются только, чтобы ионизировать образцы.
«Наногенераторы могли устранить большой кусок массовой системы спектрометра, потому что им не будет нужно более мощное устройство для того, чтобы сделать ионы», сказал Фернандес. «Это могло быть особенно применимо к условиям, которые являются чрезвычайными и резкими, такой как на поле битвы или в космосе, где Вам была бы нужна очень прочная и отдельная единица».Наногенераторы Triboelectric, разработанные Ваном в 2012, используют комбинацию triboelectric эффекта и электростатической индукции, чтобы произвести небольшие количества электроэнергии от механического движения, такие как вращение, скольжение или вибрация. triboelectric эффект использует в своих интересах то, что определенные материалы становятся электрически заряженными после того, как они входят в движущийся контакт с поверхностью, сделанной из различного материала. Ван и его исследовательская группа развивали TENGs с четырьмя различными рабочими режимами, включая вращающийся диск, который может быть идеальным для высоких экспериментов масс-спектрометрии пропускной способности. Данная статья – первая публикация о применении TENG к продвинутому инструменту.
Команда Вана измерила уровни напряжения в массовой спекуляции ionizer между 6,000 и 8 000 В. Стандарт ionizers обычно работает на уровне меньше чем 1 500 В. Технология использовалась и с ионизацией электроспрея и с плазменной ионизацией выброса с гибкостью создания единственной полярности или переменных импульсов иона полярности.«Поскольку напряжение от этих наногенераторов высоко, мы полагаем, что размер типовых капелек может быть намного меньшим, чем с обычным способом сделать ионы», сказал Фернандес. «Это увеличивает эффективность поколения иона. Мы действуем в совершенно другом режиме электроспрея, и он мог полностью изменить способ, которым используется эта технология».
Технология TENG могла быть модифицирована к существующим массовым спектрометрам, поскольку Фернандес уже сделал в своей лаборатории. С публикацией статьи в журнале он надеется, что другие лаборатории начнут исследовать использование устройств TENG в масс-спектрометрии и других областях. «Я вижу потенциал не только в аналитической химии, но также и в синтезе, электрохимии и других областях, которые требуют способа, которым управляют, произвести электрические обвинения», сказал Фернандес.
Исследование было начато постдокторантами в двух лабораторных группах, Анйином Ли и Юньлун Цзы. «Этот проект действительно показывает, как инновации могут произойти на границах между различными дисциплинами, когда ученые свободны преследовать новые идеи», добавил Фернандес.