Asi každý lovec mikroskopických zážitků zná miniaturní krásu křemičitých schránek hnědých řas rozsivek z velké fylogenetické linie Chromalveolata. Každá rozsivka je vlastně něco jako maličká Petriho miska. Jednotlivé buňky bydlí ve dvou složitě ornamentovaných křemičitých miskách, z nichž jedna je větší, druhá menší a jsou zavřené do sebe.
Rozsivek je ve sladkých vodách i v oceánech spousta a jsou tak vlastně velkou zásobárnou křemíku. Stačí jen natáhnout ruku. Nová studie týmu Kennetha Sandhageho z Georgia Tech University představuje rafinovanou a relativně jednoduchou metodu, jak ze záplavy mikroskopických skleněných schránek rozsivek získat křemíkové prvky pro hladový elektronický průmysl.
Jednotlivé schránky rozsivek mají tak plus minus 10 mikrometrů v průměru a je jich nesmírné množství tvarů, navíc v mírně odlišných velikostních kategoriích. Ve slaných a sladkých vodách plavou miniaturní válce (barrels), toroidy (donuts), trojúhelníky nebo třeba hvězdy. Nově vyvinutá technologie tyto tvary krásně uchovává a přetváří je do křemíkových součástek.
Celý postup spočívá v povaření křemičitých schránek s hořčíkem při teplotě 650 stupňů Celsia, což je bod, kdy hořčík taje. Hořčík zareaguje s křemíkem v oxidu křemičitém na oxid hořečnatý a původně křemičité schránky rozsivek se tak promění ve směs oxidu hořečnatého a křemíku. Ta se nakonec propláchne kyselinou, která bývalé schránky oxidu hořečnatého zbaví a zůstane jen čistý křemík ovšem stále ve tvaru původních schránek.
Na Zemi je více než 100 000 druhů rozsivek. To představuje poměrně slušnou diverzitu křemíkových tvarů, které lze více či méně úspěšně využít jako obaly či nádobky v nějaké nanotechnologii, například pro miniaturní plynové detektory nebo nové generace baterií. Velká výhoda přeměněných schránek totiž spočívá v tom, že originály i křemíkové kopie mají početné otvory a kanálky nanometrových rozměrů. Autoři studie ukázali, že pomocí schránky přetavené na křemík lze sestavit funkční detektor plynů, který úspěšně detekuje maličká množství molekul plynu. Jejich experimentální detektor svedl zachytit molekuly oxidu dusnatého v koncentraci několik málo ppm.
Sandhage má rovněž vizi využití vhodných schránek rozsivek jako součástek nového typu baterií, které pojmou více energie a budou se dobíjet rychleji, než ty stávající. Pro obě uvedené možné aplikace je klíčový právě velký povrch schránek na úrovni nanometrů. To umožňuje slušně rychle pracovat s molekulami plynu nebo elektricky nabitými ionty.
V době genového inženýrství se mimo jiné nabízí i velmi zajímavá možnost genetických manipulací tvaru schránek rozsivek. Podle molekulárních vývojových biologů lze ze stávající oslňující diverzity schránek rozsivek příbuzných druhů usoudit, že tvar schránek ovlivňuje relativně jednoduchým způsobem jenom několik málo regulačních genů. Díky tomu se nám pravděpodobně snadno podaří vytvořit průmyslové rozsivky požadovaných tvarů a velikostí.
Nová metoda využití schránek rozsivek v nanotechnologiích je zatím velmi dobře přijímána a odborníci očekávají široké možnosti aplikací. Příroda je opět skvělým zdrojem inspirace, teď už se jenom nebát a začít si hrát s tím, co nám připravila fylogeneze rozsivek.
Pramen: Nature 446: 172, Wikipedia
Diskuze:
