نانوکاوشگرها و نانوپیپت‌های ساخته‌شده از نانولوله‌های کربنی و لوله‌های کربنی نانومقیاس به‌دلیل استحکام مکانیکی بالا، هدایت الکتریکی بالا و اندازه کوچک‌شان، اخیراً به‌عنوان جایگزین‌های مناسبی برای نانوپیپت‌های شیشه‌ای، مطرح شده‌اند. هم‌اکنون محققانی در دانشگاه پنسیلوانیا روش ساختی برای نانوپیپت‌های کربنی(CNPs) توسعه داده‌اند که نیازی به نانوآرایش خیلی سخت ندارد و برای تولید انبوه مناسب است.
نانوپیپت‌های کربنی برای کاوش و تزریق درون سلولی
نانوکاوشگرها و نانوپیپت‌های ساخته‌شده از نانولوله‌های کربنی و لوله‌های کربنی
نانومقیاس به‌دلیل استحکام مکانیکی بالا، هدایت الکتریکی بالا و اندازه کوچک‌شان،
اخیراً به‌عنوان جایگزین‌های مناسبی برای نانوپیپت‌های شیشه‌ای، مطرح شده‌اند. هم‌اکنون
محققانی در دانشگاه پنسیلوانیا روش ساختی برای نانوپیپت‌های کربنی(CNPs) توسعه داده‌اند
که نیازی به نانوآرایش خیلی سخت ندارد و برای تولید انبوه مناسب است.
پیپت‌ها ابزارهایی هستند که در هر آزمایشگاه شیمیایی، پزشکی و زیست‌شناسی یافت می‌شوند.
با پیشرفت زیست‌شناسی مولکولی، محققان به پیپت‌هایی نیاز پیدا کردند که قادر به
تهیه مقادیر کوچک‌تر و کوچک‌تر از نمونه، نه فقط برای کاوش کردن بلکه برای تزریق
دارو، DNA و غیره داخل سلول‌ها بدون آسیب رساندن به آنها، باشند. اگر چه امروزه
امکان ساخت نوک یک پیپت شیشه‌ای ـ که قطر داخلی آن در حد چند ده نانومتر است ـ
وجود دارد؛ اما در زمینه دقت فراوری و قابلیت عملیاتی چنین پیپتی مشکلات قابل
ملاحظه‌ای وجود دارد.
دکتر هیم باو ، یکی از این محققان، می‌گوید: «ما بی‌نهایت علاقه‌مند به توسعه
ابزارهای نانوجراحی برای کاوش سلول‌ها، پایش فرایندهای درون آنها، و کنترل یا تغییر
عملکردها آنها هستیم. ما نانوپیپت‌های کربنی را به‌صورت انبوه تولید می‌کنیم که می‌توانند
معرف‌هایی را بدون آسیب رساندن به سلول‌ها، به داخل آنها تزریق کنند. ما احساس می‌کنیم
که این CPNها دانشمندان را برای درک بهتر چگونگی عملکردهای یک سلول و توسعه
دارورسانی‌ها و درمان‌های جدید کمک خواهند کرد».
میخائیــــــل اسکــــرلاو، یکی دیگر از این محققان، می‌گوید: «ما یک فرایند ساخت
برای تولید CNPها بدون هر نانوآرایشی، توسعه داده‌ایم که برای تولید انبوه نیز
مناسب است. فرایند ساخت ما شامل ترسیب یک فیلم کربنی داخل یک میکروپیپت کواتز برای
تشکیل یک کانال هادی، پیوسته و توخالی در امتداد طول این میکروپیپت، می‌شود. خاصیت
بی‌نظیر این نانوپیپت‌های کربنی، وجود یک فیلم کربنی توخالی و هادی از نظر الکتریکی
است که در تمام طول میکروپیپت کوارتز قرار دارد و می‌تواند برای اندازه‌گیری‌های
فیزیولوژی سلولی در هنگام تزریق سلولی، استفاده شود».
اسکرلاو فرایند ساخت را چنین شرح می‌دهد: «داخل لوله‌های مویی کوارتز، با یک محلول
کاتالیستی پر می‌شود، ابتدا با هوا خشک، سپس داخل میکروپیپت‌های نوک تیز قرار داده
می‌شوند. کربن به‌طور انتخاب‌پذیر و به‌وسیله رسوب بخار شیمیایی(CVD)، روی سطح
کاتالیزور رسوب می‌کند. ضخامت این فیلم کربنی را تغییر زمان CVD کنترل می‌کند، سپس
نوک میکروپیپت برای حذف سطح خارجی کوارتز و در معرض قرار دادن طول کوتاهی از لوله
کربنی داخلی، اچینگ یا حکاکی مرطوب می‌شود. زمان و دمای حکاکی مرطوب طولی از لوله
کربنی ـ که در معرض قرار داده می‌شود ـ را مشخص می‌کند. کاهش بیشتر قطر بیرونی نوک
می‌تواند با حکاکی قطر بیرونی لوله کربنی به‌وسیله اکسیداسیون پلاسمایی، انجام شود
که این منجر به لوله‌های کربنی با قطرهای بیرونی بین ده تا صد نانومتر می‌شود.
محصول نهایی یک لوله مویی شیشه‌ای است که یک فیلم کربنی پیوسته روی سطح داخلی آن
قرار دارد و یک لوله کربنی نانومقیاس از انتهای آن بیرون زده‌است».
این محققان متوجه شدند که نوک این CNPها انعطاف‌پذیر و کشسان است و در عین حال
برای نفوذ آسان درون سلول‌ها به اندازه کافی محکم هستند. اسکرلاو می‌گوید: «برخلاف
پیپت‌های شیشه‌ای که شکسته می‌شوند، ما مشاهده کردیم که چگونه این CNPها موقعی که
روی یک سطح جامد فشرده می‌شوند، بدون شکسته شدن خمیده می‌شوند، سپس موقعی که این
نیرو حذف می‌شود، شکل اولیه خود را باز می‌یابند. با این حال این CNPها برای رسوخ
داخل سلول‌ها عضله نرم به اندازه کافی مستحکم هستند. این CNPها با موفقیت درون
سلول‌های مختلفی از قبیل سلول‌های سرطانی فلس‌دار اُرال و سلول‌های عصبی، نفوذ کرده
اند».
همچنین روش ساخت قابل مقیاس این گروه تحقیقاتی اجازه ساخت همزمان صدها کاوشگر
پایدار با ابعاد نانومقیاس را می‌دهد.
نتایج این تحقیق در مجله Nanotechnology منتشر شده‌است.
