כימאים מאוניברסיטת קונטיקט בארה”ב מצאו שיטה להגברת יעילות פליטת האור של ננו-צינורות פחמן חד-דופנות, תגלית בעלת יישומים משמעותיים בדימות רפואי ובתחומים נוספים
כימאים מאוניברסיטת קונטיקט בארה”ב מצאו שיטה להגברת יעילות פליטת האור של ננו-צינורות פחמן חד-דופנות, תגלית בעלת יישומים משמעותיים בדימות רפואי ובתחומים נוספים.
הגברת יעילות פליטת האור של ננו-צינורות פחמן תוכל, בעתיד, לאפשר לרופאים להזריק למטופלים ננו-צינורות מיקרוסקופיים לשם זיהוי גידולים סרטניים, חסימות עורקים ובעיות פנימיות אחרות בגוף. במקום לסמוך על קרני-הרנטגן המסוכנים, במינונים גבוהים, או על השימוש בסמנים רדיואקטיביים, רופאים יוכלו פשוט לסרוק מטופלים באמצעות קרינה תת-אדומה, שתוכל לזהות ברמת חדות גבוהה את האור הנפלט מננו-צינורות באזורים הבעייתיים. תוצאות המחקר פורסמו בגיליון מארס של כתב-העת המדעי היוקרתי Scienceובקשה לפטנט על המצאה זו הוגשה זה מכבר.
הכימאי Fotios Papadimitrakopoulos מאוניברסיטת קונטיקט מתאר את התגלית שלו כפריצת דרך משמעותית וכאחת מהתגליות החשובות ביותר בעבודתו במשך העשור האחרון על ננו-צינורות פחמן חד-דופנות.
למרות שפחמן משמש ביישומים מגוונים ביותר, מדענים חוו תסכול מזה זמן רב מיכולתו המוגבלת של יסוד זה לפלוט אור. המיטב שהמדענים הצליחו להשיג עם ננו-צינורות פחמן בתרחיף היה להגביר את יעילות פליטת האור בחצי אחוז בלבד, ערך נמוך ביותר בהשוואה לחומרים אחרים כגון “נקודות ומוטות קוונטום”.
באמצעות כריכה הדוקה של “שרוול” כימי מסביב לננו-צינורות, צוות המחקר הצליח להפחית את הפגמים החיצוניים שנוצרו בשל ספיחה כימית של פרודות חמצן. ניתן להסביר באופן הטוב ביותר את התהליך הזה ע”י תיאור של החלקת צינורית קטנה לתוך צינורית מעט יותר רחבה ממנה, מסביר החוקר. בכדי שהתהליך הזה יתרחש יש להסיר את כל הבליטות והמשקעים שעל מעטפת הצינורית הצרה יותר לפני הכנסתה לתוך הצינורית הרחבה יותר.
העובדה המרתקת ביותר עבור ננו-צינורות פחמן, אומר החוקר הראשי, טמונה בכך שבמקרה הזה הצינורית הרחבה יותר אינה קשיחה בדומה לצרה יותר אלא מורכבת מ”שרוול” כימי של נגזרת פלבין (אנאלוג של ויטמין B2) המצטברת ומתארגנת בעצמה לצינורית מתאימה.
החוקר טוען כי תהליך התארגנות-עצמית זה הינו ייחודי לא רק בשל כך שהוא יוצר מבנה חדש אלא גם “מנקה” באופן פעיל את הצינורית האחרת. תהליך ניקוי פעיל זה של שטח פני הננו-צינורית הוא אשר מאפשר להגביר את יעילות פליטת האור של הצינורית בכעשרים אחוזים.
“הננו-צינורית הינה הצינורית הזעירה ביותר הקיימת ואנו מצאנו “כפפה” שניתן לעטות עליה,” אומר החוקר. “זו הפעם הראשונה שנמצא כי ננו-צינורית פולטת אור ביעילות הגבוהה בעשרים אחוזים מצורתה המקורית.”
זוהי תגליתו השנייה החשובה של החוקר בתחום הננו-צינורות בשנתיים האחרונות. בשנה שעברה, החוקר וצוותו גילו שיטה לבידוד ננו-צינורית פחמן מסוימת מתערובת ע”י עטיפה בנגזרת מסוימת של ויטמין B2. כתוצאה ממחקרם זה, החלו החוקרים לעטוף ננו-צינורות פחמן ע”י מבנים סליליים ולמדוד את תכונותיהם. ככל שיעילות פליטת האור של ננו-צינורית גבוהה יותר, כך היא נראית זוהרת יותר בתגובה לקרינה תת-אדומה או לערור אלקטרוני.
מספר יישומים חשובים עשויים לנבוע ממחקר זה, מסביר החוקר. פליטת האור של ננו-צינורות פחמן לא רק שהינה חדה במיוחד, אלא שהיא מופיעה בתחום ספקטראלי שבו מתקבלת מינימום בליעה שמקורה ברקמות רכות. נוסף לכך, לננו-צינורות אלו יציבות קרינתית גבוהה והם אידיאלים לשימוש בפולטי-קרינה תת-אדומה, כך שהם מתאימים ביותר ליישומים ברפואה (דימות ואבחון) ולביטחון פנים כביו-מחוונים וכמאותתים ננומטריים.
פליטת אור מננו-צינורות פחמן הינה בעלת חשיבות גם ביישומים של דיודות ופוטו-גלאים ננומטריים, שיכולים לחבור ביעילות לטכנולוגיה קיימת מבוססת-סיליקון. אלו מאפשרים מגוון יישומים נרחב של ננו-צינורות ברכיבי סיבים אופטיים מתקדמים, מאפנני אור תת-אדום וחיישנים ביולוגיים.
