חוקרים ממכון התקנים ומאוניברסיטת רייס פיתחו תהליך זול לקבלת ננו-צינוריות המסתדרות בעצמן- כלומר, התגודדות עצמית שלהן, בשורות מושלמות, ממש כמו באריג כותנה
ננו-צינוריות, גלילים זעירים דמויי חלת-דבש של אטומי פחמן בעלי קוטר של ננומטרים אחדים, הן אולי חומר המפתח בחקר ההנדסה המודרני, אך הניסיון המעשי לארגן את אותם גלילים אטומיים הוא כמו האתגר המורכב בלהוביל קבוצת חתולים. אולם, מחקר חדש מהמכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה (NIST) ואוניברסיטת ריס (Rice), מציע תהליך זול לקבלת ננו-צינוריות המסתדרות בעצמן- כלומר, התגודדות עצמית שלהן, בשורות מושלמות, ממש כמו באריג כותנה.
תחום רחב של טכנולוגיות חומרים ואלקטרוניקה חדשות מנצל את המאפיינים הפיסיקליים, האופטיים והאלקטרוניים הייחודים של ננו-צינוריות פחמן, אך מרביתן – מוליכים בקנה מידה ננומטרי או “ננו-חוטים” – תלויים ביכולתם להתארגן באופן סדור כלשהו. למרבה הצער, ערבובם הפשוט בתוך תמיסה יוביל רק לקבלתו של חומר דביק שחור, דמוי זפת. אומנם, ניתן לצפותן בתרכובות אחרות בכדי למנוע את הידבקותן אחת לשנייה – לעיתים משתמשים בתרכובות ד.נ.א. לשם כך – אך מרגע שתפריד את התערובת ותייבשה כל מה שתקבל יהיה פקעת סבוכה ואקראית של ננו-צינוריות. קיימות גישות מכאניות מגוונות בכדי לארגן ננו-צינוריות פחמן על-גביי משטח, אך פתרון אלגנטי ומפתה יותר יהיה היכולת לאלץ אותם לעשות זאת בעצמן – הסתדרות עצמית (self assembly).
חוקרי המכון בוחנים דרכים יעילות יותר למיין ולנקות ננו-צינוריות פחמן להכנת דגימות תקניות של החומרים הללו תוך שימוש בחומצות מרה המצפות את הננו-צינוריות לשם מניעת הידבקותם זו לזו. “חומצת מרה (Bile acids),” אומר חוקר המכון הכימאי Erik Hobbie, “הינה חומר פְּעִיל-פָּנִים (surfactant) ביולוגי וכמרביתם הם מכילים חלק הנמשך למים וחלק אחר הדוחה אותם. חומצת מרה הינה חומר פעיל-פנים מורכב יותר מכיוון שבמקום להכיל “ראש” ו”זנב” – הגיאומטריה הרגילה, יש לה שתי פאות (צדדים) שונות – אחת הנמשכת למים ושנייה הדוחה מים.” כאשר מערבבים אותן במים, תרכובות הידרופיליות/הידרופוביות אלו נוטות להתארגן באופן עצמי לכדורים חלולים בהם הזנבות ההידרופוביים שלהן מוגנות מבפנים, מסביר החוקר, אולם הגיאומטריה הייחודית של חומצת המרה מובילה אותן להתארגן בצורת גלילים חלולים, במקום זאת. כתוצאה מכך, הגלילים החלולים הללו יכולים לארח בתוכם ננו-צינוריות פחמן שצורתן גליל.
כפי שהתברר, בתהליך הנ”ל יש בונוס נוסף. לאחר כיום אחד מעטפת חומצת המרה גורמת לננו-צינוריות להתחיל ולהתיישר באופן סדור, קצה אל קצה, למערך של כעין חוטים ארוכים, ואז חוטים אלו מתחילים להשתלב יחדיו לצורת סיב מפותל, בדומה לתיל נחושת מפותל. התגלית עודנה רחוקה מלהוות פתרון מושלם לארגונם של ננו-צינוריות, מזהיר החוקר הראשי, ועדיין נותר מרחב רב לפיתוחה. כצעד ראשון, קיים הצורך להרחיק את חומצות המרה לאחר שהננו-צינוריות התמקמו כהלכה, אך תהליך זה הוכח כקשה ומורכב. מאחר וחומצות המרה הינן רעילות לתאים חיים, הן יימנעו את השימוש ברוב היישומים הביו-רפואיים לולא הרחקתן. מהצד השני, הוא מציין, היא מהווה כבר היום שיטה פשוטה וזולה ביותר עבור חוקרים המעוניינים, לדוגמא, בבחינת התכונות האופטיות של ננו-צינוריות פחמן. “השיטה מספקת מתכון להכנת מערכים מאורגנים וסדורים של ננו-צינוריות פחמן פרטניות. אין צורך להשתמש בכל שדה מגנטי או חשמלי חיצוני ואינך צריך לייבש את המבחנות או לחמם את התערובת. ניתן לקבל מתחמים משמעותיים בעלי מערכים סדורים ביותר רק כתוצאה מהסתדרות-עצמית זו.”
הידיעה המקורית של מכון המחקר
