استفاده از نانولوله‌های کربنی برای انتقال ملکول ها

محققان آزمایشگاه ملی لیورمور دریافته‌اند که ملکول‌های آب در درون نانولوله‌های کربنی بدون چسبیدن به سطح بسیار صاف آنها با سرعت زیادی شبیه حرکت آب در درون کانالهای زیستی حرکت می کنند. به عقیده محققان یکی از کاربردهای این روش در آب، نمک زدایی از آب دریا خواهد بود و از این روش بجای استفاده از غشاء ها با صرف انرژی کم‌تری جهت نمک زدایی استفاده خواهد شد.

هدایت ملکول‌ها از غشاء سلول‌ها برای بسیاری از فرآیندهای حیاتی سلول‌ها ضروری است.
در سیستم‌های زیستی، غشاءها غالباً دارای سطح داخلی لغزنده همراه با فیلترهای ویژه
ساخته شده از پروتئین‌های اختصاصی در اندازه‌های نانومتری هستند. این منافذ ورود
خروج مواد به درون سلول‌ها را کنترل می‌کنند و بدین‌گونه اجازه عبور برخی ملکول‌های
کوچک را به سرعت می‌دهند و از عبور برخی دیگر جلوگیری می‌کنند.

محققان آزمایشگاه ملی لیورمور درصددند تا این فرایند طبیعی را تقلید کنند. جهت این
منظور آنها از نانولوله‌های کربنی بهره گرفتند. به‌گفته یکی از محققان، نانولوله‌های
کربنی با قطر کم مدل ساده‌ای از کانال‌های غشایی با ویژگی‌های مشابه در عین سادگی
هستند و در عین حال تعداد زیادی از آنها در دسترس است.

در اولین اکتشاف این گروه تحقیقاتی، آنها دریافتند که ملکول‌های آب در درون
نانولوله‌های کربنی بدون چسبیدن به سطح بسیار صاف آن با سرعت زیادی شبیه حرکت آب در
درون کانال‌های زیستی حرکت می‌کنند. ملکول‌های آب به‌صورت زنجیره وار حرکت می‌کنند
چرا که از طریق نیروهای هیدروژنی با یکدیگر در حال کنش هستند.

به عقیده محققان یکی از کاربردهای این روش در آب، نمک زدایی از آب دریا خواهد بود و
از این روش به‌جای استفاده از غشاءها با صرف انرژی کمتری جهت نمک زدایی استفاده
خواهد شد. در این مطالعه محققان درصدد بودند که بفهمند آیا ممکن است غشاءهایی با
قطر ۶/۱ نانومتر یون‌های نمکی را عبور ندهند که خوشبختانه این اتفاق نیز افتاد و
آنها مکانیسم رد یون‌ها را دریافتند. آنها دریافتند که منافذ با قطر متوسط ۶/۱
نانومتر یون‌ها را به دلیل بار انتهای نانو‌لوله‌های کربنی رد می کنند حرکت سریع از
درون نانولوله‌های کربنی باعث افزایش نفوذپذپری یون‌ها در مقایسه با سایر غشاءها با
همان اندازه ذره‌ای می‌شود.

در مطالعه این محققان نیز مشخص گردید که منافذ با قطر کمتر از ۶/۱ نانومتر یون‌های
نمکی را از خود عبور نمی‌دهند. عبور سریع جریان از نانولوله‌های کربنی باعث افزایش
نفوذ پذیری غشاءها در مقایسه با غشاءهای فاقد نانولوله‌ها ولی با منافذی با همان
اندازه می‌گردد.

محققان معتقدند که با تغییر قطر نانولوله‌ها و تغییر موادی که فضای بین نانولوله‌ها
را پر می‌کنند امکان ساخت غشاء‌های بهتر فراهم خواهد شد.

نتایج این مطالعه در شماره ژوئن مجله PNAS منتشر گردیده است .