سورفاکتانت‌هایی برای جداسازی نانولوله‌های کربنی

برای استفاده از نانولوله‌ها در ادوات مختلف باید نانولوله‌ها را بر اساس یکی از تقارن‌ها غنی‌سازی کرد. شبیه‌سازی انجام‌شده در دانشگاه اوکلوهاما، نشان می‌دهد که برخی از سورفاکتانت‌ها می‌توانند نانولوله‌هایی با چیدمان اتمی مشخص را از دیگر نانولوله‌ها جدا کنند.

در هنگام تولید نانولوله‌های کربنی، ترکیبی از نانولوله‌ها با تقارن متفاوت ایجاد می‌شوند که خواص الکتریکی متفاوتی دارند. برای استفاده از نانولوله‌ها در ادوات مختلف باید نانولوله‌ها را بر اساس یکی از تقارن‌ها غنی‌سازی کرد. شبیه‌سازی انجام‌شده در دانشگاه اوکلوهاما، نشان می‌دهد که برخی از سورفاکتانت‌ها می‌توانند نانولوله‌هایی با چیدمان اتمی مشخص را از دیگر نانولوله‌ها جدا کنند. از نانولوله‌هایی با یک تقارن مشخص می‌توان در زیست‌حسگرها و دارورسانی استفاده کرد.

نانولوله‌های کربنی ورقه‌ای با ضخامت یک اتم هستند که به شکل لوله‌ای با قطر یک نانومتر درآمده‌اند. چیدمان اتم‌های آن به‌صورت شبکه‌ی شش‌وجهی بوده و جهت‌گیری نسبی این اتم‌ها نسبت به محور اصلی لوله تعیین‌کننده‌ی تقارن نانولوله‌ خواهد بود و مشخص خواهد کرد که نانولوله خواص فلزی یا نیمه‌هادی دارد، در نهایت ویژگی‌های الکترونیکی این نانولوله‌ها به این تقارن وابسته است.

نانولوله‌های کربنی مصارف مختلف دارند که از آن جمله می‌توان به استفاده از آن در حسگرها و ترانزیستورها اشاره کرد. اما برای استفاده از این مواد باید آنها را بر حسب یکی از تقارن‌ها غنی‌سازی کرد که این کار بسیار دشوار است.

آلبرت استریولو و همکارانش معتقدند که برخی از سورفاکتانت‌ها نظیر سدیم چولات و فلاوین منونوکلئوتید (FMN) می‌توانند نانولوله‌های کربنی تک‌جداره را بر حسب تقارن و قطر جداسازی کند. محققان با شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی نشان دادند که ارتباطی میان ساختار سورفاکتانت جذب‌شده روی نانولوله‌های کربنی شناور در آب و نیروی جاذبه/دافعه بین نانولوله‌های کربنی وجود دارد. آنها نشان دادند که افزایش دافعه‌ی موجود میان نانولوله‌های کربنی منجر به دیسپرس شدن بهتر نانولوله‌هایی با یک تقارن خاص می‌شود. بر اساس نتایج این شبیه‌سازی، این گروه تحقیقاتی می‌توانند طراحی مولکولی را آغاز کنند که منجر به دیسپرس شدن نانولوله‌هایی با تقارن مشخص و مورد علاقه‌ی ما شود.

هر چند از نظر فنی این روش هنوز آماده نیست؛ اما راهبرد ارائه‌شده بسیار شفاف است، مولکولی طراحی می‌شود که می‌تواند به‌عنوان سورفاکتانت به محلول اضافه شده و برحسب تقارن و قطر، نانولوله‌ای را متجمع می‌کند.

محققان می‌گویند که سورفاکتانت آبی مورد استفاده باید استحکام بالایی داشته باشد، همچنین قسمت‌های آب‌دوست آن باید تا حد امکان از نانولوله دور باشد. چنین دستورالعملی می‌توان منجر به تولید نانولوله‌هایی با قطر و تقارن دلخواه شود.

این گروه در حال طراحی چنین ساختار بهینه‌ای است و تاکنون جدولی از سورفاکتانت‌های موجود و رفتارهایشان را تهیه کرده‌اند. برخی از این سورفاکتانت‌ها می‌توانند در پایداری نانولوله‌ها دیسپرس‌شده مؤثر باشند، مانند FMN و بنزیل دودسیل سدیم، و برخی نیز مؤثر نیستند مانند سولفات دودسیل سدیم.

نتایج این کار در نشریه‌ی ACS Nano چاپ شده‌است.