טיפות מים מעצבות ננו-מבנים של גרפן

כימאים מאוניברסיטת אילינוי טוענים שהדבר אפשרי, בדווחם כי גרפן הופך לגמיש לעיצוב כאשר מוסיפים לו ננו-טיפת מים

גרפן – שכבת פחמן חד-אטומית, הדומה לאלו המצויות בחודי העפרונות – מציע פוטנציאל עצום עבור סוגי ננו-התקנים חדשים, באם נצליח למצוא דרך לעצב את החומר לצורות הרצויות לנו.

כימאים מאוניברסיטת אילינוי טוענים שהדבר אפשרי, בדווחם כי גרפן הופך לגמיש לעיצוב כאשר מוסיפים לו ננו-טיפת מים.

“עד עתה, מדענים היו בדעה כי לא ניתן לעצב מבנים אלו באופן הניתן לשליטה,” אמר הפרופסור לכימיה .Petr Král “אולם, עתה אנו יודעים כיצד לעצב גרפן באמצעות הכוחות החלשים בין ננו-טיפות הממוקמות בזהירות ובדיוק על-גבי שכבות גרפן.” ממצאי המחקר פורסמו בכתב-העת המדעי Nano Letters.

מהנדסים הצליחו כבר לעצב גרפן לרצועות צרות ולצורות אחרות, תוך הרחבת משפחת המערכות הפחמניות כגון פולרנים (fullerenes), ננו-צינורות פחמן (nanotubes) וננו-יהלומים (nano-diamonds). באמצעות הדמיות ממוחשבות, החוקרים הראו כי אינטראקציות מולקולאריות חלשות, המכונות “כוחות ואן דר-ואלס” (van der Waals), בין ננו-טיפות מים לבין שכבות הגרפן יכולים לעצב אותן לכדי שלל צורות, מבלי שהגרפן והמים נקשרים כימית.

“כתלות בגודל טיפת המים וצורתה וגודלה של שכבת הגרפן אשר בשימוש, אנו מסוגלים לעצב את הגרפן לצורות שונות עבור מגוון יישומים,” מסביר החוקר הראשי. “הדבר דומה לדרך שבה חלבונים מתקפלים בתאים ביולוגיים יחד עם הסיוע של חלבונים מלווים (chaperone).”

צוות המחקר הראה כי הוא מסוגל להשתמש בטיפת מים בכדי לגלגל, לכופף, להחליק ולעצב גרפן למבנים מורכבים שונים כגון גלילים, כריכים, לולאות וטבעות – כולם אבני-בניין אפשריים להכנת ננו-התקנים בעלי תכונות מכאניות, חשמליות ואופטיות ייחודיות. באמצעות השימוש בשיטות מיוחדות כגון מיקרוסקופית כוח-אטומי (AFM) ומחטים מיקרוסקופיות המוכוונות בזהירות, ניתן למקם בדיוק רב טיפות מים וחומרים אחרים על-גביי גרפן לשם עיצובו לצורות הרצויות.

במעבדת המחקר נבדקים שימושים אפשריים של גרפן ננומטרי, כגון דרכים לצפות אותו בפרודות פוספוליפידים שתאפשרנה לו להוות חלק מקרומיות תאים ביולוגים, שם הוא יוכל לבצע תפקודים ייחודיים. כמו-כן, החוקרים מכינים יריעות גרפן בעלות ננו-נקבוביות שתאפשרנה פיתוח של קרומיות הפרדה מולקולאריות ויוניות חדשניות לשימוש בהתפלה וביישומים אחרים.

למרות העובדה כי החומרים בהם המדענים משתמשים הינם אי-אורגניים, החוקר הראשי מזהה מגמה הולכת וגוברת בפיתוח מערכות רב-תפקודיות היברידיות המשלבות יחדיו ננו-מבנים אי-אורגניים עם מבנים ביולוגיים תאיים.

“חוקרים מנסים לגלות אותות שמקורם בעולם הביולוגי או להעביר לעולם זה אותות שונים,” הוא אומר. “בעתיד, אולי יתפתחו חלבונים שיוכלו להגיב עם מערכות אי-אורגניות. זוהי דרך של אבולוציה ליצירת ממשק חדשני, או מערכת היברידית, הפועלת יחדיו לקבלת תפקודים חדשניים.”
הידיעה מהאוניברסיטה