צוות חוקרים מאוניברסיטת רייס התקדם צעד אחד קדימה לעבר פיתוח שיטה יעילה לפיזור ננו-צינורות תוך שמירת תכונותיהם הייחודיות ומעבר לכך.
השיטה החדשה מאפשרת לתצמידי מתכת אי-אורגניים בעלי תפקודים שונים להימצא במגע קרוב עם ננו-צינורות פחמן חד-דופנות תוך שמירתם מופרדים בתמיסה.
הפרדה זו חיונית ליצרנים מאחר והם מעוניינים להכין מננו-הצינורות סיבים או למזג אותם לתוך חומרים מרוכבים לשם הגברת חוזקם או לשם ניצול תכונותיהם האלקטרוניות. ראשית, היכולת לשנות את תכונות ננו-הצינורות עשויה לקדם מגוון תחומים, כדוגמת פיתוח חיישני דימות, קטליזה ותאי-דלק מימניים מבוססי-אור. וחשוב מכך, ניתן לשמור תמיסה של ננו-צינורות המפוזרים במים לשבועות רבים.
מניעת ננו-הצינורות מלהידבק אחד לשני בתמיסות מימיות, וחיבורם למולקולות אחרות המאפשרות הוספת תכונות חדשניות, טומנים בחובם הן יתרונות והן חסרונות עבור אותם המדענים הבוחנים את החומרים הרבגוניים מאוד הללו.
החוקרים ניסו לחבר מולקולות אורגניות לפני-שטח ננו-הצינורות בכדי להוסיף תכונות חדשות ולהגביר את מסיסותם של ננו-הצינורות. אולם, בעוד ששיטות אלו מאפשרות הפרדה בין ננו-הצינורות אחד מהשני, הן גובות מחיר בתכונותיהם האלקטרוניות, התרמיות והמכאניות.
המדען Angel Marti, פרופסור לכימיה ולביו-הנדסה באוניברסיטת רייס, וצוות המחקר שלו, מדווחים במאמר שפורסם בכתב-העת המדעי Chemical Communications כי תצמידי רותניום פוליפירידין יעילים במיוחד בפיזור ננו-צינורות במים לתקופות ארוכות. החומר רותניום הינו יסוד מתכתי נדיר.
החוקרים הכינו את התצמידים באמצעות חיבור היסוד המתכתי רותניום למספר ליגנדות (מולקולות יציבות הנקשרות ליונים מתכתיים). התצמיד המולקולרי המתקבל הוא בחלקו הידרופובי – “דוחה” מים (הליגנדות) וחלקו הידרופילי – “אוהב” מים (יון המתכת). הליגנדות נקשרות בחוזקה לננו-הצינורות, בעוד שיוני מתכת הרותניום מגיבים עם מולקולות המים וכך ננו-הצינורות נשמרות בתמיסה ומופרדים החד מהשני.
במקור, החוקרים בחנו את תצמידי הרותניום כחלק ממחקר שניסה לעקוב אחר שכבות החלבון עמילואיד הקשורות למחלת האלצהיימר. “תהינו מה יקרה אם נשנה את התצמיד המתכתי כך שהוא יוכל להיקשר לננו-הצינורות,” מציין החוקר הראשי. “תוצאה כזו תספק מסיסות מוגברת, יכולת פיזור ושינוי תכונות החומר. אחד מאנשי צוות המחקר שלי ערבב את התצמידים הללו יחד עם ננו-צינורות פחמן חד-דופנוית נקיים והכניס את התערובת לתא על-קולי. דבר לא התרחש – ננו-הצינורות לא עברו לתוך התמיסה, הם פשוט הצטברו בתחתית הכלי. התוצאה הייתה מפתיעה במיוחד, אולם כך בדיוק מתקדם המדע.” בשלב הבא, החוקרים הרחיקו את הנוזל והוסיפו במקומו מים – ופתאום התמיסה הפכה לשחורה.” הסיבה לכך הייתה נוכחות כמות קטנה של רותניום.
“מצאנו כי 0.05 אחוזים של תצמיד הרותניום הינו הריכוז המיטבי להמסת ננו-הצינורות,” מציין החוקר. ניסויים נוספים הראו כי תצמידי רותניום פשוטים אינם מספיקים לייזום התגובה. המולקולה נדרשת ל”זנב” ההידרופובי שלה (הליגנדות) אשר חותר למגע מינימלי עם מים באמצעות קישורו לננו-הצינורות.
בנוסף, החוקרים מצאו כי הפלואורסצנטיות המקורית של ננו-הצינורות לא נפגמה בעקבות חיבורם לתצמידי הרותניום.
“ננו-הצינורות אמורים להישאר מופרדים למשך שבועות, ללא כל בעיה,” מסביר החוקר הראשי. “יש ברשותנו תמיסות שקיימות כבר מספר חודשים ללא כל סימנים להתפרקותם.”
