نانو لوله های کربنی از زمان کشف تا به امروز مشکلات بسیاری را حل کرده و در عین حال خود مسایلی را بهوجود آورده است. اما بهمنظور استفاده بهینه از ویژگیهای برجسته نانولولهها دربسیاری از کاربریها، امکان اعمال تغییرات در قطر نانو لوله ها یا خواص الکتریکی آنها کم است. در تحقیقی جدید با یک روش مقایسهای امکان دسته بندی نانو لوله ها بر اساس قطر، بند گپ، و خاصیت فلزی/نیمه رسانایی با دقتی بی سابقه توصیف شده است. در سال 2005 گروهی به سرپرستی "Mark C. Hersam" از دانشگاه "Northwestern" یک روش جداسازی بر اساس اندازه را با استفاده از قرار دادن نانو لوله ها در پوششی از DNA تک رشتهای توصیف کردند. این ایده اولین بار توسط محققان "DuPont" در سال 2003 ارائه شد. نانو لولههای پنهان شده در پوشش DNA تک رشتهای با اولترا سانتریفوژ از یکدیگر جدا میشود. نانو لولههای پنهان شده در پوشش DNA تک رشتهای دارای قطر کمتر، شناورتر، و در نمونه سانریفوژ شده بهراحتی قابل جداسازی است. اشکال این روش در اینجا است که بین نانولولههای فلزی و نیمه رسانا تمایزی قایل نمیشود، و در ضمن خذف کامل DNA بهکار گرفته شده در این فرآیند هیچ گاه روشن نشده است.
البته پوشش دادن نانولولهها با DNA تک رشته ای خود فرآیندی پر هزینه است. در مطالعه حاضر محققان از تعدادی سورفاکتانت، آمفی فیلهای آنیونی- الکیلی یا نمکهای صفراوی، جهت کپسوله کردن نانولولهها استفاده کردند. نانولولههایی که قطر بزرگتری دارد با مولکولهای سورفاکتانتی بیشتری همراه که منجر به توزیع دقیق بر اساس نسبت دانسیته به اندازه میشود. جداسازی بر اساس چندین مرحله اولتراسانتریفوژ انجام میشود. از آنجا که سورفاکتانتها 2000 بار از DNA سبکتر است جدا شده و DNA جای آنها را میگیرد. 97% از توده نانولولهها در نوار باریکی به ضخامت 0.02 نانومتر تجمع مییابد. از آنجا که نانولوله های رشد یافته نسبت دو به سه دارد یعنی دو سوم نیمه هادی و یک سوم فلزی است با استفاده از دو سورفاکتانت که برای فضای موجود در نانولوله ها با هم رقابت میکند امکان جداسازی بر اساس خواص الکترونیک فراهم میشود. "Michael S. Arnold" توصیح میدهد که اختلاف موجود در نانولوله ها سبب اختلاف در اتصالات سورفاکتانت ها میشود که درجه خلوص را به بیش از 97% میرساند. بااین وجود موثرترین روش موجود تا به امروز به درجه خلوص 80% رسیده است. با استفاده از نانولولههای نیمه رسانای مجزا محققان لایه گیت را در ترانزیستورهای اثر میدان در SiO2 را شکل دادهاند. این تجهیزات با اعمال ولتاژبایاس تغییر مقاومتی بیش از 20000 بار را نشان میدهد در حالیکه همین تجهیزات با نانولولههای کربنی تغییر مقاومتی کمتر از نصف این مقدار را نشان میدهد. این روش جداسازی جالبترین روش موجود است از آنجا که ماهیتی ساده و ارزان دارد. در آینده سعی بر این است این روش در سانریفوژهای صنایع دارویی بهکار گرفته شود.
نانولولهها اعصابش را نشان میدهد
محققان دانشگاه Delaware روشی را توصیف کرده است که شبکهای از نانولولههای کربنی در یک ماده کامپوزیت کار گذاشته میشود تا ساختاری شبیه به سیستم عصبی را شکل دهد. همانند مواد پیزوالکتریک خواص الکتریکی نانولوله ها مربوط به خواص مکانیکی آنها است که آنها را برای استفاده به عنوان حسگر های مکانیکی غیر فعال ایدهآل میکند. تغییر تنش به صورت تغییر مقاومت الکتریکی بیان میشود. این گروه نشان دادند که انتشار نانولوله ها با تراکم پایین میتواند به عنوان گزارشگر مقاومت الکتریکی یکپارچگی کامپوزیتهای فیبری بهکار گرفته شود. مطالعه بر رویمواد کامپوزیتی فیبرهای شیشه ای که در یک ماتریکس اپوکسی کارگذاشته شده است تمرکز دارد. بنا به اظهارات "Erik T. Thostenson " اندازه کوچک نانولولهها در مقایسه با فیبرها یک مزیت است؛ که میتواند به فضای بین فیبرها نفوذ توزیع و یک شبکه رسانای نفوذ کننده ایجاد کند. یک روش غلتکزنی که بسیار ظریف کنترل میشود توزیع یکنواخت نانولولهها را در ماتریکس اپوکسی تضمین میکند. بنابراین رسانایی کامپوزیتها با بهکارگیری حداقل نانولولهها یعنی 50% وزنی قابل دستیابی است. سپس فیبر شیشهای/ کامپوزیتهای چند لایهای ساخته شد که در لایههای اپوکسی نانولولههای چند دیوارهای منتشر بوده و هرکدام از این لایههای اپوکسی بین دو لایه از فیبرهای شیشهای با ساختار غیر بافتی قرار داشت. بهکارگیری بار قابل انبساط در یک نمونه 5 لایه یک جهته (که در آن سه لایه متناوب شیشهای موازی با بار قرار گرفتهاند) یک ارتباط خطی بین بار و مقاومت الکتریکی نمونه برقرار میکند. اگر لایه مرکزی را برای تا زدن ببریم افزایش پله ای مقاومت الکتریکی به دنبال بارگذاری در زمانی که لایه لایه شدن شروع و ادامه مییابد، دیده میشود. در یک نمونه واجد لایههای متقاطع که در آن جهتگیری لایه شیشهای میانی عمود بر سر و ته لایه و جهت بار است، روشن شده است که مکانیسم شکست در لایه اوتوگونال micro cracking است. در نمونه مورد مطالعه گروه دانشگاه "Delaware" جهش مرحله ای در مقاومت الکتریکی وقتی ریزترک ها نیز شکل میگیرد، دیده میشود. حذف بار قابل انبساط و تکرار آزمایش شیب تغییر مقاومت با تنش بطور قابل توجهی بالاتر است. این به این معنا است که از نانولوله ها میتوان جهت بررسی مستقیم سلامت ساختاری مواد کامپوزیت بهره جست. خمش غیر مسطح تعدادی از نمونه های متورق اثر نوسانات مقاومت الکتریکی در نقطه شکست فیبر را نشان میدهد که با رفتار مرحلهای در بارهای بالاتر دنبال میشود تا به نقطه تورق برسد. "Thostenson" بیان میدارد که او از حساسیت تکنیک نسبت به آستانه آسیب و توانایی تشخیص ماهیت آسیب شگفتزده شده است دو ویژگی که این تحقیق را برای صنعت قابل توجه میسازد.
طرح یابی سطح
محققان دانشگاه "Northwestern" و دانشگاه "Illinois" در "Urbana-Champaign" و "NanoInk" از طریق ساخت 55000 آرایه قلمی که میتواند بر روی سوبستراهای شیشهای یا طلا با استفاد از جوهر 1-اکتادکان تیول (ODT) طرح هایی را بسازد. آرایه ها شامل سگدستی از جنس Si3N4 پوشش داده شده با طلا است که در یک انتها دارای نوکی تیز بوده به عنوان قلم بهکار گرفته میشود تا الگوهای سطحی را در مقیاسی کلان بهطور موازی بسازد. آرایه ها مساحتی حدود 1سانتی متر مربع را با سگدستی که 90 میکرون در جهت محور x و 20 میکرون در جهت محورy سازمان مییابد و نسبت به سر اسکنر میکروسکوپ نیروی اتمی بهوسیله یک رزین اپوکسی در جای خود قرار میگیرد. بر خلاف تصویربرداری با میکروسکوپهای نیروی اتمی، ساختار سگدست خمیده بوده و tip دارای نوک بزرگی است تا هر اختلافی در الگوی سطحی در طی اسکن مورد بررسی قرار بگیرد. "Chad A. Mirkin" از دانشگاه "Northwestern" میگوید روشی کشف کرده است که آرایههایی میسازد که شامل بیش از 1 میلیون سگدست است. این بخش آسان کار است. مشخص شده است که چگونه بر مشکلات ناشی از اختلاف که از دیر باز در لیتوگرافی ها موجود بوده غلبه شده است که اکنون نانوساختارهایی تولید شده که با استفاده از فنآوری مرسوم میکروسکوپ نیروی اتمی برای مساحتهای وسیع میتواند مورد استفاده قرار گیرد. تصاویر پیچیده تر از نقاط با استفاده از یک سیستم نرم افزاری قابل تولید است. 55000 نسخه ازتصویر توماس جفرسون در 30 دقیقه با نگهداشتن پروب به مدت 0.08 ثانیه در تماس با سوبسترا و گذر بین نقلط خاص با سرعت اسکنی معادل با 60 میکرون بر ثانیه قابل تولید است.
فتولیتوگرافی راه الگوهای مهاجرتی را هموار میکند
توانایی سازمان دادن خواص ترابری اسکلتهای زیست سازگار با آینده مهندسی بافت و انتقال داروها بسیار مرتبط است. در این راستا تیمی از دانشگاه "Rice" به رهبری "Jennifer L. West" الگوهای زیست فعال سه بعدی پیچیدهای را در هیدروژلها تولید کرده است که از لیتوگرافی جذبی یک یا دو فوتون اسفاده میکند. در مهندسی بافت عامل محدود کننده تولید شبکه Microvascular و ترجیحا شبکه معینی با ورودی ها و خروجی های مشخص و قابل استفاده است. محققان ازهیدروژلهای پلی اتیلن گلیکول دی آکریلات به عنوان اسکلتهایی که زیست سازگار بوده و در عین حال به جذب پروتئین مقاوم است، استفاده میکنند. پپتید فلورسانس ACRL-PEG یا محلولهای PEGDA با اوزان مولکولی پایین شامل photoinitiator هایی است. آکریلات به نواحی خاصی از ژل ملحق میشود که با نور ماورابنفش فلورسانس دارد. و دانسیته لینکهای متقاطع را تغییر میدهد. اگرچه پژوهشگران دریافتهاند که SPA در الگوبندی سریع ژلها بسیار موثر است اما تولید خصوصیات کاملا یکسان در برش عرضی محوری محدودیتهایی دارد. برای غلبه بر این محدودیتهای SPA این گروه TPA فوتولیتوگرافی را با استفاده از همان سیستم هیدروژلی بررسی کردند. ابتدا الگوی مجازی بر روی ژل با استفاده از نرم افزار "Laser Scanning Microscope" تولید و طرح بهوسیله تابش در 720 نانومتر تولید شد. تغییرات نهایی در سطح کانونی میتواند برای تولید الگویی که ابعادی نامنظم دارد مورد استفاده قرار بگیرد. تغییر گرادیانتهای بیومکانیکی مشخص شده که آرایش سلولی و تحرک آنها را تحت تاثیر قرار میدهد. که فرآیندی بسیار مهم در مراحل تکوین جنینی است. این مطلب در تحقیقی بر روی سلولهای HT-1080 فیبرئسارکومای انسانی مورد مطالعه قرار گرفت. اطلاعات بهدست آمده با میکروسکوپ confocal از یک کشت 4 هفتهای نشان داد که سلولهای HT-1080 بر روی نواحی الگو بافته ای از ژل مهاجرت میکند. این امر تاثیر گرادینهای مختلف را بر روی آرایش سلولها نشان میدهد. برای تولید ساختارهای سه بعدی در هیدروژلها میتوان از two photon laser scanning lithography استفاده کرد. به این ترتیب سلولها تناه بر روی نواحی که دارای طرح است مهاجرت میکند.