قام باحثون من معهد المعايير وجامعة رايس بتطوير عملية رخيصة للحصول على أنابيب نانوية ذاتية التنظيم - أي تجميعها ذاتيًا، في صفوف مثالية، تمامًا كما هو الحال في نسيج القطن
قد تكون الأنابيب النانوية، وهي أسطوانات صغيرة تشبه قرص العسل من ذرات الكربون يبلغ قطرها بضعة نانومترات، العنصر الرئيسي في الأبحاث الهندسية الحديثة، لكن المحاولة العملية لتنظيم تلك الأسطوانات الذرية تشبه التحدي المعقد المتمثل في قيادة مجموعة من القطط. ومع ذلك، يقترح بحث جديد أجراه المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) وجامعة رايس (رايس) عملية غير مكلفة للحصول على أنابيب نانوية ذاتية التنظيم - أي تجميعها ذاتيًا، في صفوف مثالية، تمامًا مثل نسيج القطن.
تستغل مجموعة واسعة من المواد والتقنيات الإلكترونية الجديدة الخصائص الفيزيائية والبصرية والإلكترونية الفريدة لأنابيب الكربون النانوية، ولكن معظمها - الموصلات النانوية أو "الأسلاك النانوية" - تعتمد على قدرتها على تنظيم نفسها بطريقة منظمة. لسوء الحظ، مجرد خلطها في المحلول لن يؤدي إلا إلى مادة سوداء لزجة تشبه القطران. ومن المسلم به أنه يمكن تغليفها بمركبات أخرى لمنعها من الالتصاق ببعضها البعض - وفي بعض الأحيان يتم استخدام مركبات الحمض النووي. ولتحقيق هذه الغاية، ولكن من لحظة فصل الخليط وتجفيفه، كل ما ستحصل عليه هو شرنقة متشابكة وعشوائية من الأنابيب النانوية. هناك طرق ميكانيكية مختلفة لتنظيم أنابيب الكربون النانوية على السطح، ولكن الحل الأكثر أناقة وإغراء هو القدرة على إجبارها على القيام بذلك بنفسها - التجميع الذاتي.
يبحث باحثو المعهد عن طرق أكثر فعالية لفرز وتنظيف أنابيب الكربون النانوية لإعداد عينات قياسية من هذه المواد باستخدام الأحماض الصفراوية التي تغطي الأنابيب النانوية لمنعها من الالتصاق ببعضها البعض. يقول إريك هوبي، الباحث في المعهد الكيميائي، إن «الأحماض الصفراوية هي مادة خافضة للتوتر السطحي بيولوجيًا، ويحتوي معظمها على جزء يجذب الماء وآخر يطرده. حمض الصفراء هو مادة خافضة للتوتر السطحي أكثر تعقيدًا لأنه بدلاً من أن يكون له "رأس" و"ذيل" - وهو الشكل الهندسي المعتاد، فإن له طرفين (جانبين) مختلفين - أحدهما ينجذب إلى الماء والآخر يطرد الماء. يوضح الباحث أنه عند مزجها بالماء، تميل هذه المركبات المحبة للماء/الكارهة للماء إلى التجمع ذاتيًا في مجالات مجوفة مع حماية ذيولها الكارهة للماء من الداخل، لكن الهندسة الفريدة لحمض الصفراء تقودها إلى التنظيم في أسطوانات مجوفة بدلاً من ذلك. ونتيجة لذلك، يمكن لهذه الأسطوانات المجوفة أن تستضيف داخلها أنابيب نانوية كربونية أسطوانية.
كما اتضح فيما بعد، فإن العملية المذكورة أعلاه لها مكافأة إضافية. بعد يوم واحد، يتسبب الغلاف الحمضي الصفراوي في بدء محاذاة الأنابيب النانوية بطريقة منظمة، من طرف إلى طرف، في مجموعة من الخيوط الطويلة، ثم تبدأ هذه الخيوط في التوافق معًا في ألياف ملفوفة، على غرار سلك نحاسي ملفوف. لا يزال هذا الاكتشاف بعيدًا عن أن يكون الحل الأمثل لتنظيم الأنابيب النانوية، كما يحذر الباحث الرئيسي، ولا يزال هناك مجال كبير لتطويره. كخطوة أولى، هناك حاجة لإزالة الأحماض الصفراوية بعد وضع الأنابيب النانوية بشكل صحيح، ولكن ثبت أن هذه العملية صعبة ومعقدة. وبما أن الأحماض الصفراوية سامة للخلايا الحية، فإنها ستمنع استخدامها في معظم التطبيقات الطبية الحيوية إذا لم تتم إزالتها. ومن ناحية أخرى، يشير إلى أنها بالفعل طريقة بسيطة جدًا ورخيصة جدًا للباحثين المهتمين، على سبيل المثال، بفحص الخصائص البصرية لأنابيب الكربون النانوية. "توفر هذه الطريقة وصفة لتحضير مصفوفات منظمة ومرتبة من أنابيب الكربون النانوية الفردية. ليست هناك حاجة لاستخدام أي مجال مغناطيسي أو كهربائي خارجي ولا تحتاج إلى تجفيف أنابيب الاختبار أو تسخين الخليط. ومن الممكن أن يكون هناك مجمعات كبيرة بمصفوفات عالية التنظيم فقط نتيجة لهذا التنظيم الذاتي."
الخبر الأصلي لمعهد البحوث
