یکشنبه, ۱۷ دی ۱۳۸۵

پایداری نانولوله‌ها در محیط‌های طبیعی

گروهی از محققان برای اولین بار نشان دادند که نانولوله‌های کربنی چند دیواره (MWNT) در محیط‌های آبی طبیعی چگونه رفتار می‌کنند. محققان می‌گویند به دلیل اینکه مواد ارگانیک، نانولوله‌ها را پایدار می‌سازند، قابلیت بالقوه آنها برای پراکندگی افزایش می‌یابد. با این حال میزان سمی بودن این مواد جدید در محیط‌های طبیعی نسبتاً ناشناخته باقی مانده است.
تحقیق جدیدی که با عنوان:
“Natural Organic Matter Stabilizes Carbon Nanotubes in the Aqueous Phase”
انجام گرفته است، بیان می‌کند که این نانومواد آنثروپوژنیک (anthropogenic) با مواد طبیعی، اثرگذاری متقابل دارند.
نانوذرات و نانولوله‌ها تمایل دارند به یکدیگر بچسبند اما سورفکتانت‌ها و پلیمرهای اضافه شده مانع چسبیدن آنها به همدیگر در شرایط آزمایشگاه می‌شوند. با این حال، آزمایش‌های جدید نشان داد که در شرایط طبیعی، مولکول‌های C60 به صورت توده درمی‌آیند.
تیمی در مؤسسه فناوری جرجیا به رهبری جاهنگ کیم (Jae-Hong kim) این مسئله را بررسی کردند. آنها نشان دادند که چگونه MWNTها با ماده ارگانیک طبیعی Suwannee River تأثیر متقابل دارند. ماده ارگانیک مزبور به صورت معلق در محلول یک درصد سولفات دودسیل سدیم (sodium dodecyl sulfate) برای آزمایش مورد نظر آماده شده بود. سولفات دودسیل سدیم یک سورفکتانت شناخته شده است که برای جلوگیری از چسبیدن نانولوله‌ها و نانوذرات به همدیگر، کاربرد دارد. این آزمایش با ترکیبات متفاوت انجام گرفت و این ترکیبات، برای ته‌نشین شدن ذرات، برای زمان‌های طولانی به حال خود رها شدند. در هر ترکیب مشخص، با استفاده از میکروسکوپ الکترونی، اندازه‌گیری‌های کدری و تیرگی و آنالیزهای دیگر، رفتار MWNTها بررسی گردید.
در آب خالص، نانولوله‌ها در مدت یک ساعت ته‌نشین شدند. برخلاف آن، در محلولی که فقط سورفکتانت به آن اضافه شده بود، نانولوله‌ها به مدت یک روز و یا بیشتر در محلول معلق ماندند. اما آب شامل ماده ارگانیک، به مدت بیشتر از ۴ روز تیره باقی ماند و ترکیب مزبور تا یک ماه بعد پس زمینه خاکستری رنگِ ناشی از نانولوله‌های معلق را حفظ کرد.
جوزف هاگز از انستیتو فناوری جرجیا در این باره می‌گوید: ماده ارگانیک طبیعی، MWNTها را در آب معلق نگه می‌دارد و می‌تواند حاملی برای انتقال آنها باشد. نتایج به دست آمده توسط گروه، این واقعیت را روشن می‌کند که به محض تولید این نانوموادهای آنتروپوژنیک، این مواد برای برهم‌کنش با مواد طبیعی به سوی آنها می‌روند. با استفاده از میکروسکوپ الکترونی، محققان نشان دادند که مواد ارگانیک طبیعی نه تنها نانولوله‌های موجود در محلول را پایدار می‌سازند بلکه گاهی اوقات پل‌هایی بین دولوله ایجاد می‌کنند.
کیم نتایج را اغواکننده خواند و افزود: این واقعیت که ماده ارگانیک طبیعی، مؤثرتر از سورفکتانت، MWNTهای موجود در فاز آبی را پایدار می‌کند، ما را واقعاً شگفت‌زده کرده است زیرا پیش از این ترکیب دیگری از نانومواد کربنی – مولکول‌های C60 – تحت مطالعه قرار گرفته ولی این خاصیت را از خود بروز نداده است.
ران تورکو (Ron Turco) از دانشگاه پوردو در این زمینه می‌گوید: نانولوله‌ها به صورت واحدهای مجزا باقی می‌مانند و این بسیار مطلوب است. من قبلاً گفته بودم که آنها به صورت خوشه در می‌آیند. او ادامه داد که این آزمایش اولین تحقیق اساسی برای شناختن رفتار نانولوله‌های کربنی در محیط مورد نظر است و در سیستم‌هایی با رسوبات دیگر این آزمایش در حال تکرار است. همچنین محققان نیازمندند که مسئله تجزیه نانولوله‌ها را نیز بررسی نمایند. تورکو به پرسشی در تحقیقات آینده‌ اشاره کرد. آیا لوله‌های منفرد سمی‌ترند و یا توده‌ای از MWNTها؟ ماده ارگانیک طبیعی ممکن است به آنها اجازه انتقال بهتر دهد و متفاوت با شکل خوشه‌ای گذشته، بر سلول‌ها، باکتری‌ها و یا قارچ‌ها و یا حتی زنجیره غذا، اثر نماید. تحقیقات نشان داده است که نانولوله‌های تک دیواره در بافت‌های ریوی، بسیار مشابه فیبرهای سیلیکا عمل می‌کنند و موجب التهاب همراه با پارگی می‌شوند. در نتیجه این نوع نانولوله‌ها خطری برای سلامت محسوب می‌شوند. کشت‌های سلولی و آزمایش‌های دیگر میزان اثرات سمی را تعیین می‌کنند.
تورکو می‌گوید که این عرصه برای فعالیت محققان کاملاً باز است و با روند ثابتی در حال تغییر است. وی افزود: هر کسی دنبال پیدا کردن ماده‌ای جدید با خواص بهتر و جایگزینی آن با ماده‌ای دیگر است و این یک شیمی ایده‌آل است. اما در مورد اثرات محیطی هنوز قادر به ادامه کار نیستیم. ما هنوز در حال محک زدن نانولوله‌های کربنی مسطح می‌باشیم.