اهمیت ناهمواری سطح نانولوله‌های کربنی

تحقیقات جدید آشکار کرده است که چگونه آماده‌سازی نانولوله‌های کربنی می‌تواند بر ناهمواری سطح و بنابراین خواص و مناسب بودن آن‌ها برای کاربردهای پزشکی تأثیر بگذارد. در اینجا ما این موضوع و ارتباط آن را مورد بحث قرار می‌دهیم.

اهمیت ناهمواری سطح نانولوله‌های کربنی

کشف نانولوله‌های کربنی

در سال ۱۹۹۱، یک فیزیکدان ژاپنی به نام سومیو ایجیما نانولوله‌های کربنی را هنگام مطالعه ساختار مولکولی فولرن‌ها (یکی از آلوتروپ‌های کربن) کشف کرد. ایجیما در مقاله خود، نانولوله‌ها را به عنوان «میکرولوله‌های مارپیچی کربن گرافیتی» توصیف کرد. در سال‌های پس از آن، ساختارهای سایز نانومتر، برای کشف بیشتر در زمینه خواص منحصر به فرد، به منظور توسعه استفاده از آن‌ها در کاربردهای مختلف مورد توجه محققین علمی قرار گرفت.

بیش از سه دهه است که نانولوله‌های کربنی در کاربردهای مهمی نظیر مدارهای میکروالکترونیکی و میکروسکوپ و همچنین در ابزارهای طراحی شده برای مدل‌سازی سیستم‌های زیستی و آزمایش مکانیک کوانتومی، مورد استفاده قرار می‌گیرند.

پتانسیل استفاده از نانولوله‌های کربنی، با توجه به خواص سودمند آن‌ها، مانند داشتن سطوح بالایی از رسانایی، نقطه ذوب بالا و پیوندهای کووالانسی قوی بین اتم‌های آن‌ها، بسیار گسترده است. نانولوله‌های کربنی می‌توانند تک‌جداره با قطر کم‌تر از ۱ نانومتر یا چند جداره با قطر بیش از ۱۰۰ نانومتر، باشند. به همین دلیل، دانشمندان بررسی کرده‌اند که چگونه می‌توان از این ساختارها استفاده کرد. یکی از حوزه‌هایی که در آن استفاده از نانولوله‌های کربنی بسیار نوید بخش بوده است، علوم زیست‌پزشکی است.

 

استفاده از نانولوله‌های کربنی در کاربردهای پزشکی

تحقیقات اخیر نشانگر پتانسیل عظیم نانولوله‌های کربنی در کاربردهای پزشکی است. شواهد نشان می‌دهند که نانولوله‌های کربنی در تولید مواد زیستی بسیار مفید هستند.

زمینه پزشکی ترمیمی به بهبود روش‌های کنونی تولید بافت‌های زیستی عملکردی و نیز روش‌های در حال توسعه برای ترمیم و جایگزینی بافت و اندام‌های آسیب‌دیده ناشی از زخم‌ها و بیماری‌ها اختصاص دارد. نانولوله‌های کربنی ویژگی‌های ساختاری و مکانیکی ارائه می‌دهند که برای این موارد سودمند است، در ضمن این مواد به عنوان کامپوزیت در مهندسی بافت نیز بسیار مفید هستند.

تحقیقات نشان داده‌است که می‌توان نانولوله‌های کربنی را به عنوان حامل دارو و حامل‌های ژن درمانی با موفقیت مورد استفاده قرار داد. این مواد همچنین کاربرد خود را به عنوان عامل تصویربرداری ثابت کرده‌اند.

مطالعات متعددی نشان داده‌است که نانولوله‌های کربنی عامل‌دار می‌توانند به طور موثری داروها را از طریق سد خونی مغزی منتقل کنند و همچنین برای درمان‌های هدفمند تومور نیز مناسب هستند. تحقیقات در این زمینه برای کشف کاربردهای بیشتر نانولوله‌های کربنی ادامه دارد.

برای توسعه بیشتر نانولوله‌های کربنی در کاربردهای زیست‌پزشکی، باید اهمیت ویژه‌ای به درک ما نسبت به تأثیر ناهمواری سطح نانولوله بر روی خواص و نحوه دستکاری (manipulate) آن، داده شود.

مطالعه اخیر انجام‌شده توسط محققین در دانشگاه‌های اراک و تربیت مدرس در ایران، با استفاده از میکروسکوپ نیروی الکترواستاتیک (EFM) بررسی کرده است که چگونه عوامل مختلف در فرآیند آسیاب نانولوله‌های کربنی بر ناهمواری سطح تأثیر می‌گذارد. این تیم روش خود را بر اساس آنالیز حساسیت سوبول (Sobol) برای بررسی سه عامل سرعت، پیشرفت و عمق برش قرار داد. نتایج نشان داد که سرعت و پیشرفت کم‌ترین تأثیر را بر ناهمواری سطح دارند. سرعت برش نانولوله‌های کربنی هیچ ارتباطی با ناهمواری سطح نداشت.

از سوی دیگر، مشخص شد که عمق برش، مهم‌ترین عامل تأثیرگذار بر ناهمواری سطح نانولوله‌های کربنی است. داده‌ها نشان دادند که عمق برش با ۹۲ درصد عامل تعیین‌کننده در ناهمواری سطح است. رابطه بین عمق برش و ناهمواری سطح نانولوله، معکوس بود و بنابراین با انجام برش عمیق، ناهمواری سطح کاهش یافت. محققان پیشنهاد می‌کنند که برای کنترل فرآیند برش نانولوله‌های کربنی، باید عمق برش در نظر گرفته شود.

 

نتیجه‌گیری و آینده پژوهی

پزشکی ترمیمی جدید در تلاش است روش‌های نوآورانه‌ای برای تولید بافت‌های زیستی عملکردی و روش‌های پیشرفته‌ای برای ترمیم و جایگزینی بافت آسیب‌دیده یا از دست رفته در اثر زخم یا بیماری ایجاد نماید.

نانولوله‌های کربنی به دلیل خواص ساختاری و مکانیکی منحصر به فرد خود، به عنوان گزینه نویدبخش برای توسعه این روش‌های پیشرفته ظاهر شده‌اند. تحقیقات اخیر از مناسب بودن آن‌ها بعنوان کامپوزیت در مهندسی بافت پشتیبانی می‌کند.

دانشمندان برای استفاده کامل از نانولوله‌های کربنی و استفاده از آنها در فضای زیست‌پزشکی، باید درک عمیق‌تری از چگونگی تأثیر فرآیند تهیه و دستکاری نانولوله‌های کربنی بر ناهمواری سطح داشته باشند. ناهمواری سطح برای خواص نانولوله‌های کربنی بسیار مهم است و موفقیت این مواد در کاربردهای پزشکی را تعیین می‌کند.

در مطالعه اخیر، توسط تیمی از پژوهشگران ایرانی، شواهدی بدست آمد که نشان می‌دهد عمق برش مورد استفاده در فرآیند آسیاب نانولوله‌های کربنی، عامل تعیین‌کننده ۹۲ درصدی ناهمواری سطح نانولوله‌های کربنی است.

این مطالعه برای هدایت دانشمندان در نحوه تولید و کار با نانولوله‌های کربنی به منظور حصول اطمینان از دستیابی آن‌ها به ویژگی‌های مناسب مورد نیاز برای کاربردهای زیست‌پزشکی، انجام شد. این تحقیق همچنین به توسعه درک ما از نانولوله‌های کربنی که برای پیشبرد کاربرد آن‌ها در تمام زمینه‌های علمی بسیار حیاتی است، کمک می‌کند.