Los nanogeneradores de fricción se usan por primera vez en espectrómetros de masas de alta sensibilidad

- Nov 14, 2018-

En la actualidad, como una técnica analítica clave, la espectrometría de masas se ha utilizado ampliamente en biomedicina, ciencias de la alimentación, seguridad nacional, biología de sistemas, descubrimiento de fármacos y otros campos. La espectrometría de masas se basa en métodos de análisis de relación masa / carga (m / z) con alta sensibilidad, alta precisión y aplicabilidad universal.

En la espectrometría de masas, la ionización es un primer paso crítico para cargar moléculas neutras con carga. Los métodos de ionización comercial actuales se basan principalmente en la corriente continua (DC) a alta presión para convertir moléculas de muestra en iones de fase gaseosa en una fuente de iones. Sin embargo, durante la ionización, la cantidad de iones (Q) no está controlada por el voltaje (V). Por lo tanto, todos los métodos de ionización actuales no logran un control preciso de la cantidad de iones. Además, si se usa una fuente de alimentación de alto voltaje convencional, la mayoría (99%) de la carga / corriente y los iones se desperdician. Por lo tanto, la espectrometría de masas actualmente tiene un importante cuello de botella en la dirección de desarrollo para mejorar la sensibilidad, la utilización de la muestra y el ciclo de trabajo. Además, la fuente de alimentación de alto voltaje utilizada convencionalmente tiene las desventajas de ser cara, difícil de transportar e insegura.

La salida de alto voltaje de una carga fija es solo una de las características esenciales de un nanogenerador triboeléctrico (TENG). Bajo la dirección conjunta del Instituto de Tecnología de Georgia, el Instituto de Nano-Energía y Sistemas de Beijing, la Academia de Ciencias de China, Wang Zhonglin y Facundo Fernández, Li Anzhen y Jin Yunlong formaron un equipo de cooperación entre profesores, utilizando TENG para impulsar la fuente de iones Al darse cuenta de la fuente de iones en cantidad de carga, control preciso positivo y negativo de muchos aspectos, como el sexo, la longitud de la señal, etc. Este trabajo proporciona un parámetro controlable completamente nuevo para la espectrometría de masas y también es la primera aplicación de nanogeneradores en grandes instrumentos analíticos. El trabajo relacionado ha abierto nuevas áreas de investigación y aplicación, y se publicó recientemente en el último número de Nature Nanotechnology.

Primero, el equipo logró con éxito la ionización por electropulverización y la ionización por descarga de plasma usando TENG. La cantidad fija de carga proporcionada por TENG proporciona un control sin precedentes sobre el proceso de ionización. El equipo implementó la generación de iones controlables de nanocoloumb y propuso un modelo físico relacionado. A través del controlador TENG, la duración, la frecuencia y la capacidad de carga del pulso iónico se pueden controlar de manera efectiva y minimizar el consumo de muestra. La carga de traza de TENG evita el fenómeno de descarga de corona común en alto voltaje de CC en espectrometría de masas, logrando así el primer nanoelectrospray de ultra alto voltaje (5-9 kV) (nanoESI). Este método aumenta la sensibilidad de la fuente de iones de electropulverización a bajas concentraciones y maximiza la utilización de la muestra. La espectrometría de masas mediante ionización dirigida por TENG se ha utilizado con éxito para detectar una variedad de pequeñas moléculas orgánicas y biomacromoléculas, y para lograr una sensibilidad que pueda detectar cientos de moléculas. Los rociadores de iones de CA impulsados por TENG también se utilizan para depositar materiales iónicos en superficies aislantes.

Esta investigación es innovadora para el desarrollo tanto de la espectrometría de masas como de TENG.

Primero, el estudio logró el primer control preciso de la cantidad de carga durante la ionización, aportando un nuevo parámetro controlable a la espectrometría de masas, mejorando la precisión analítica y proporcionando la capacidad de analizar muestras muy pequeñas para la detección química y biológica. El problema del cuello de botella de la espectrometría de masas ofrece nuevas posibilidades. Y, el uso de TENG permite a los investigadores sincronizar el tiempo de rociado con el tiempo de espectrometría de masas para maximizar la utilización de la muestra.

Al mismo tiempo, TENG reemplaza la fuente de alimentación de pulverización iónica original en equipos de espectrometría de masas, haciéndola portátil para dispositivos de espectrometría de masas pequeñas y brindando posibilidades en condiciones extremas, como aplicaciones militares o aeroespaciales.

Finalmente, el estudio, como el primer estudio en usar TENG en equipos y equipos, confirmó que TENG es un método simple, seguro y efectivo para proporcionar alto voltaje, que proporciona ideas para investigaciones similares, que impulsa diferentes instrumentos para TENG y el proceso estableció el Fundamento para un "sistema autónomo controlable".


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