(metal organic framework) MOF چیست؟ به چه دردی می خورد؟

(metal organic framework) MOF چیست؟

MOF ها یا همان metal organic framework ها هستند. اگر بخواهیم آن را ترجمه کنیم باید بگوییم که MOF ها چهارچوب های آلی فلزی اند. به عبارت دیگر هر MOF یک چهارچوب از مواد معدنی است که در ساختار درونی اش از مولکول های آلی نیز استفاده شده است. در شکل زیر، ساختار مونومر برخی از آن ها را ببینید.

Metal-organic framework (MOF) structures (reproduced from [49] with... | Download Scientific Diagram

 

 

این مواد در واقع نوعی پلیمر آلی-معدنی به حساب می آیند. اینس اختار ها می توانند به صورت 2 بعدی و یا 3 بعدی وجود داشته باشند و بسته به نوع ساختاری که دارند در ابزار های گوناگونی مورد استفاده قرار بگیرند. برای درک شیمی مربوط به MOF ها نیاز است تا شیمی مربوط به کمپلکس ها را بلد باشید. البته دانستن شیمی آلی فلزی هم کمک بزرگی می کند اما بدون دانستن این دو مورد قضیه کمی سخت می شود.

ساختار MOF ها چه ویژگی هایی دارد؟

یکی از بارز ترین و مهم ترین شاخصه های یک ساختار MOF، مزوپور بودن آن است. این بدان معنی است که هر ساختار MOF  دارای تعداد زیادی حفره است. وجود این حفرات باعث شده تا چگالی این ساختار ها کاهش پیدا کند و به عنوان یک ساختار تو خالی ویژگی های محصر به فردی پیدا کنند.

ویژگی دیگر این نانو ساختار ها وجود نسبت سطح به حجم بسیار بالای آن ها است. فرض کنید که یک سوسیس در اختیار دارید. سطح آن چه میزان بزرگ است؟ حالا اگر داخل این سوسیس را خالی کنید چه سطحی در اختیار خواهید داشت؟ در مورد MOF ها نیز چنین چیزی وجود دارد.

این ساختار ها به علت داشتن یک فضای بسیار بزرگ و خالی در درون خود، دارای نسبت سطح به حجم بسیار بالایی می باشند و این می تواند در برخی کاربرد ها به شدت مورد توجه باشد. به عنوان مثال، اگر از این ساختار ها به عنوان محلی برای ذخیره یک گاز استفاده شود، وجود این حفرات بزرگ و سطح وسیع در دسترس، انتظار می رود که میزان زیادی از گاز را بتوان در آن ها ذخیره کرد.

جالب است بدانید که یکی از وسیع ترین پژوهش ها در حوزه MOF ها مربوط به ذخیره هیدروژن است.هیدروژن به عنوان یک سوخت پاک همواره مورد توجه بوده است اما چالش اساسی برای رسیدن به خودرو هایی که با هیدروژن کار کنند، وجود یک باک برای ذخیره سازی گاز هیدروژن است. MOF ها همیشه یکی از گزینه های مورد توجه بوده اند.

پتانسیل بالا برای عامل دار کردن، یکی دیگر از ویژگی های MOF ها به شمار می رود. از آنجایی که در ساختار MOF ها، هم گروه های آلی و هم گروه های معدنی وجود دارد؛ پتانسیل بسیار بالایی برای عامل دار کردن آن ها نیز وجود دارد. یکی از اصلی ترین زمینه های پژوهشی بر روی MOF ها بحث عامل دار کردن آن ها است.

Schematic drawing of a metal-organic framework (MOF) structure (MOF-5... | Download Scientific Diagram

به طور کلی و در یک جمله می توان چنین گفت: MOF ها مثل لگو های اسباب بازی اند. شما می توانید تنها با داشتن چند مولکول آلی و چند ساختار معدنی، MOF های مختلفی با خواص منحصر به فرد سنتز کنید.

کاربرد MOF ها:

  1. سنسور های گاز

یکی از اصلی ترین چالش ها در بحث ساخت سنسور های گازی، مساله قدرت تفکیک آن هاست. مثلا در هوای اطراف ما کمتر از 0.5 درصد گاز های نادر وجود دارد. یک سنسور برای آن که بتواند وجود یکی از آن ها را تشخصی دهد باید خیلی خیلی حساس باشد.

ساخت چنین سنسور حساسی قاعتا گران تمام می شود و بنابراین در بسیاری از مواد توجیه اقتصادی نخواهد داشت. اما استفاده از MOF ها می تواند این امکان را به وجود آورد که سنسور های با قیمت بسیار پایین تر و البته با قدرت تفکیک بسیار بالاتری تولید شود.

تنها کافی است نوک پروب سنسور یک نوع MOF خاص به کار رود که بتواند گاز مورد نظر را عبور دهد اما مانع عبور سایر گاز ها شود. و این دقیقا چیزی است که ما از ساختار یک MOF انتظار داریم. بنابراین یکی از بهترین گزینه های برای ساخت سنسور های گازی قطعا چهارچوب ها آلی فلزی هستند.

2. استفاده در ساخت دارو های هوشمند

یکی از چالش های اساسی ساخت دارو ها بحث دارورسای یا همان drug delivery است. این که یک دارو بتواند در زمان مناسب به اندام مناسب برسد و دقیقا به میزان کافی وارد بافت هدف شود و… همه و همه نیازمند داشتن یک سیستم هوشمند دارو رسانی است.

MOF ها می توانند یکی از گزینه های مناسب برای این کار باشند. وجود حفرات بسیار بزرگ در این ساختار ها می تواند محل خوبی برای بارگذاری دارو باشد. کافی است دارو در این ساختار بارگذاری شود و سپس برای رهایش آن برنامه ریزی شود.

مثلا برای یک دارویی که باید در معده رها شود؛ تنهای کافی است یک MOF خاص تهیه شود که در محیط بازی دهان پایدار بوده ولی در محیط اسیدی ناپایدار باشد. در این صورت همزمان با تخریب ساختار MOF در درون معده، دارو به تریج آزاد می شود.

3. تصفیه گاز ها

یکی از اصلی ترین کاربرد ها در بحث MOF ها بحث تصفیه گاز هاست. می توان با طراحی یک MOF مناسب، آن را برای خروج یک گاز مناسب و برای گاز های دیگر نامناسب کرد. بنابراین می توان از آن ها برای ساخت فیلتر های با کارایی بالا استفاده کرد.

 

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

سبد خرید