Úvod
Uhlík je chemický prvek s atomové číslo 6 a má šest elektronů, které zaujímají 1 s2 2 s2, a 2p2 atomový orbital. Může hybridizovat ve formách sp, sp2 nebo sp3. Objevy velmi konstantní velikosti nanometrů sp2 uhlíkově vázaných materiálů, jako je Grafen , fullereny a uhlíkové nanotrubice, povzbudily k dotazům v této oblasti., Většina fyzikálních vlastností uhlíkových nanotrubic pochází z grafenu. V grafenu, uhlíkových atomů jsou hustě uspořádány v pravidelné sp2-lepené atomová měřítku voštinové (šestiboké) vzor, a tento vzor je základní struktura pro jiné sp2 uhlíku pojených materiálů (nanostruktur), jako jsou fullereny a uhlíkové nanotrubice. Uhlíková nanotrubice je teoreticky odlišná jako válec vyrobený z válcovaného grafémového listu. Může se rozdělit na jednu studnu nebo více studní., Nanotrubice s jedním dobře jsou popsány jako jednostěnné uhlíkové nanotrubice (SWCNTs) a byla poprvé zaznamenána v roce 1993 , zatímco ty s více než jeden no jsou vícevrstvých uhlíkové nanotrubice (MWCNTs) a byly poprvé objeveny v roce 1991 Iijima (Obrázek 1).
Schéma struktury a TEM snímky SWCNT a MWCNT. A) schematická struktura SWCNT a B) MWCNT. Přenosový elektronový mikroskop (TEM) obrazy a (C) SWCNT A (D) MWCNT .,
Uhlíkových nanotrubic: struktura a vlastnosti
Uhlík se může vázat na různé způsoby, jak vytvořit struktury s zcela odlišné vlastnosti. Sp2 hybridizace uhlíku vytváří vrstvené konstrukce s slabé out-of-plane lepení van der Waalsovy formě a silné v rovině kroky. Několika do několika desítek soustředných válců s pravidelné mezivrstvy řádkování najít kolem obyčejné centrální duté a vyrobené MWCNTs. Analýza real-space obrazů multiwall nanotube ukázala rozsah mezivrstvy (0,34 až 0.,39 nm).
v závislosti na počtu vrstev se vnitřní průměr MWCNTs pohybuje od 0,4 nm do několika nanometrů a vnější průměr se charakteristicky pohybuje od 2 nm do 20 do 30 nm. Oba tipy MWCNT mají obvykle zavřeno a konce jsou uzavřeny do kupole ve tvaru půl-fullerene molekuly (pětiúhelníkové vady), a axiální velikost se liší od 1 µm až do několika centimetrů. Úloha poloflerenových molekul (defekt pentagonálního prstence) má pomoci při uzavírání trubice na obou koncích.
na druhé straně se průměry SWCNT liší od 0.,4 až 2 až 3 nm a jejich délka je obvykle v rozmezí mikrometrů. SWCNTs se obvykle mohou spojit a vytvořit svazky (lana). Ve struktuře svazku jsou SWCNTs šestihranně uspořádány tak, aby vytvořily krystalovou konstrukci .
struktura MWCNT a SWCNT
V závislosti na balení do válce, existují tři různé formy Swcnt, jako je křeslo, chirální a cikcak (obrázek 2b). A SWCNT struktura je charakterizována dvojicí indexů (n, m), které popisují chirální vektor a přímo mají vliv na elektrické vlastnosti nanotrubic., Počet jednotkových vektorů v honeycomb krystalové mřížce grafenu podél dvou směrech je dána celá čísla n a m. Jako společné stanovisko, když m = 0, nanotrubice jsou pojmenovány cik-cak nanotrubiček; když n = m, nanotrubice jsou pojmenovány křeslo nanotrubice, a jiný stát, se nazývají chirální.
Různé formy SWNTs. A) chirální vektor C také určuje průměr trubice. B) modely tří atomicky dokonalých swcnt struktur .,
chirální vektor C = na1 + ma2 (a1 a a2 jsou základní buňky vektorů grafit) také určuje průměr trubky d, a tento vektor zjistí směru válcování graphene list (Obrázek 2A). Proto, průměr uhlíkové trubice lze vypočítat tím,
kde a=1.42× 3 Å odpovídá mřížky konstantní v grafit list.,
Když n − m je násobkem 3, pak nanotrubičky je popisován jako „kovové“ nebo vysoce vodivé nanotrubice, a pokud ne, pak nanotrubic je semimetallic nebo polovodičové.
po celou dobu je tvar křesla kovový, zatímco jiné formy mohou z nanotube udělat polovodič.
mnoho parametrů a vektorů může mít vliv na struktury nanotrubic, jako jsou následující :
vícenásobné uhlíkové nanotrubice mohou být vytvořeny ve dvou konstrukčních modelech: ruský model panenky a pergamenový model., Když uhlíkovou nanotrubici obsahuje další nanotrubičky uvnitř a vnější nanotrubic má větší průměr, než tenčí nanotrubičky, to se nazývá ruská Panenka model. Na druhou stranu, když je kolem sebe zabalen jediný grafenový list, stejně jako Svinutý svitek papíru, nazývá se pergamenový model. MWCNTs a SWCNTs mají podobné vlastnosti., Protože z vícevrstvé povahu MWCNTs, vnější stěny mohou nejen chránit vnitřní uhlíkové nanotrubice z chemických interakcí s vnějším látek, ale také prezentovat vysokou pevnost vlastnosti, které neexistují v SWCNTs (nebo existují částečně) (Tabulka 1).
Jelikož uhlíkové nanotrubice mají sp2 vazeb mezi jednotlivými atomy uhlíku, mají vyšší pevnost v tahu než ocel a Kevlar., Tato vazba je ještě silnější než sp3 vazba nalezená v diamantu. Teoreticky mohou mít SWCNTs skutečně pevnost v tahu stokrát silnější než ocel.
další úžasnou vlastností uhlíkových nanotrubic je také Elasticita., Pod velkou silou a stiskněte sedí a když je vystavena velká axiální tlakové síly, může se ohýbat, kroutit, kink, a konečně spony bez poškození nanotrubičky, a nanotrubičky se vrátí na svou původní strukturu, ale pružnost nanotrubice má limit, a pod fyzicky velmi mocné síly lisy, je možné dočasně deformovat do tvaru nanotrubiček. Některé vady struktury nanotrubice mohou oslabit sílu nanotrubičky, například defekty atomových volných míst nebo přeskupení uhlíkových vazeb.,
Elasticita v jednoduchých i vícevrstvých nanotrubicích je určena elastickým modulem nebo modulem pružnosti . Modul pružnosti nanotrubic multiwall (MWNTs) je analyzován pomocí transmisních elektronových mikroskopů (TEM). Vědci používající TEM měří a zkoumají tepelné vibrace na obou koncích trubek. V důsledku pevnosti atomových vazeb v uhlíkových nanotrubicích mohou nejen odolat vysokým teplotám, ale také se ukázalo, že jsou velmi dobrými tepelnými vodiči. Vydrží až 750°C při normálních a 2800°C při vakuových atmosférických tlacích., Teplota trubek a vnějšího prostředí může ovlivnit tepelnou vodivost uhlíkových nanotrubic . Některé z hlavních fyzikálních vlastností uhlíkových nanotrubic jsou shrnuty v tabulce 2.
Syntéza
Existuje několik technik, které byly vyvinuty pro zhotovení CNT struktur, které zahrnují zejména plynné fáze procesů., Běžně, tři postupy jsou používány pro výrobu Unt: (1) chemická depozice par (CVD) technika , (2) laser-ablace techniky , a (3) uhlíkové obloukové výboje technika (Tabulka 3)., Vysoké teploty, příprava techniky, například laserové ablace nebo obloukového výboje byly poprvé použity k syntéze Unt, ale v současné době se tyto techniky byly nahrazeny nízké teplotě chemických par (CVD) metody (<800°C), protože nanotube délka, průměr, zarovnání, čistota, hustota a orientace Unt může být přesně kontrolován v nízké teplotě chemických par (CVD) metody .,
Elektrický obloukový výboj
Arc-vypouštění technika používá vyšší teploty (nad 1,700°C) pro CNT syntézu, která obvykle způsobuje rozšíření Unt s méně strukturních defektů v porovnání s jinými metodami., Nejvíce využívané metody používají obloukový výboj mezi vysoce čistý grafit (6-10 mm optická hustota (OD)) elektrody, obvykle vodou chlazené elektrody s průměrem mezi 6 a 12 mm a odděleny 1 až 2 mm v komoře naplněné héliem (500 torr) na subatmospheric pressure (helium může být nahrazen vodík nebo metan atmosféru) . Komora obsahuje grafitovou katodu a anodu, stejně jako odpařené molekuly uhlíku a určité množství částic kovového katalyzátoru (jako je kobalt, nikl a/nebo železo)., Stejnosměrný proud prochází camber (jiskření proces), a komora je pod tlakem a zahřívá na přibližně 4000 K. V průběhu tohoto postupu a jiskření, asi polovina odpaří uhlíku ztuhne na katodě (záporná elektroda) tip a vklad tvoří rychlostí 1 mm/min, který se nazývá ‚válcová pevný vklad nebo doutník-jako struktura‘, vzhledem k tomu, že anoda (kladná elektroda) je spotřebována. Zbývající uhlík (tvrdá šedá skořápka) se usazuje na obvodu a kondenzuje do „komorových sazí“ poblíž stěn komory a „katodových sazí“ na katodě., Vnitřní jádro, katody, saze a komorní sazí, které jsou tmavé a měkké, výnos buď jeden-obezděný nebo multiwalled carbon nanotubes a vnořené polyedrické grafenu částice. Pomocí skenovací elektronové mikroskopie (SEM), dvě různé textury a morfologií může být pozorován při studiu katody vklad, tmavé a měkké vnitřní jádro vklady se skládají z bundle-jako struktury, které obsahují náhodně uspořádány nanotrubice a šedé vnější skořápka, která je složena ze zakřivené a pevné grafém vrstev.,
v depozici výboje oblouku a syntéze CNTs existují dva hlavní různé způsoby: syntéza s použitím různých prekurzorů katalyzátoru a bez použití prekurzorů katalyzátoru. Obecně, syntéza MWNTs by mohlo být provedeno bez použití katalyzátoru prekurzory ale syntéza jednostěnné nanotrubice (SWNTs) využívá různé katalyzátor prekurzorů a pro rozšíření v oblouku výboje, využívá komplexní anoda, která je vyrobená jako kompozice grafitových a kovu, například, Pb , Co, Ni, Fe, Ag, Pt, Pd, atd.,, nebo směsi Co, Ni a Fe s dalšími prvky jako Co-Pt, Co-Ru, Ni-Y, Fe-Ni, Co-Ni, Co-Cu, Ni-Cu, Fe-No, Ni-Ti, Ni-Y atd. Studie ukázaly, Ni-Y-grafitové směsi, může produkovat vysoké výnosy (<90%) SWNTs (průměr 1,4 nm) , a v dnešní době, tato směs se používá po celém světě pro vytváření SWNTs v vysoký výnos. Hlavní výhodou techniky obloukového výboje je schopnost a potenciál pro výrobu velkého množství nanotrubic. Na druhou stranu hlavní nevýhodou této metody je relativně malá kontrola zarovnání (tj.,, chiralita) vytvořených nanotrubic, což je důležité pro jejich charakterizaci a roli. Navíc kvůli kovovému katalyzátoru potřebnému pro reakci je nezbytné čištění získaných produktů.
metoda Laserové ablace
pomocí high-power laser odpařování (YAG typ), křemenné trubici obsahující blok z čistého grafitu je ohříván uvnitř pece na 1200 ± C, v Ar atmosféře . Cílem použití laseru je odpařování grafitu uvnitř křemene., Jak je popsáno o syntézu SWNT pomocí arc-vypouštění metoda pro generování SWNTs, pomocí laserové techniky přidávání kovových částic jako katalyzátory grafitový cíle je nezbytné. Studie ukázaly, že průměr nanotrubic závisí na výkonu laseru. Když se zvýší výkon laserového pulsu, průměr trubek se ztenčí . Jiné studie ukázaly, že ultrarychlé (subpikosekundové) laserové impulsy jsou potenciální a schopné vytvářet velké množství SWNTs . Autoři odhalili, že nyní slibuje vytvoření až 1.,5 g/h materiálu nanotube pomocí laserové techniky.
Mnoho parametrů může mít vliv na vlastnosti Unt syntetizovány pomocí laserové ablace metody, jako jsou strukturální a chemické složení cílové materiál, laser vlastnosti (špičkový výkon, cw versus puls, fluence energie, kmitání, vlnovou délkou a opakovací frekvence), průtok a tlak vyrovnávací plyn, tlak v komoře a chemické složení, vzdálenost mezi terčem a substrátem, a okolní teplota. Tato metoda má potenciál pro výrobu SWNTs s vysokou čistotou a vysokou kvalitou., Zásad a mechanismů laserové ablace metodou jsou podobné obloukový výboj technika, ale v této metodě, potřeba energie je poskytována laser, který narazí na čisté grafitové pelety drží katalyzátor materiálů (často kobaltu nebo niklu).
hlavní výhody této techniky se skládají z relativně vysokého výtěžku a relativně nízkých kovových nečistot, protože zúčastněné kovové atomy mají tendenci se odpařovat z konce trubice, jakmile jsou uzavřeny., Na druhou stranu hlavní nevýhodou je, že získané nanotrubice z této techniky nejsou nutně rovnoměrně rovné, ale místo toho obsahují určité větvení.
Bohužel, laser ablační metoda je ekonomicky výhodná, protože postup zahrnuje vysoké čistoty grafitové tyče, laser potřebné pravomoci jsou skvělé (v některých případech dva laserové paprsky jsou povinné), a množství nanotrubiček, které mohou být syntetizovány za den není tak vysoká, jako arc-vypouštění technika.,
chemická depozice par
jednou ze standardních metod výroby uhlíkových nanotrubic je chemická depozice par nebo CVD. Existuje mnoho různých typů CHOROB, jako jsou katalytické chemické depozice par (CCVD)—buď tepelné nebo plasma enhanced (PE) kyslíku assisted CVD , voda assisted CVD , mikrovlnná plazmatická (MPECVD) , radiofrekvenční CVD (RF-CVD) , nebo teplým vláknem (HFCVD) . Katalytická chemická depozice par (CCVD) je však v současné době standardní technikou syntézy uhlíkových nanotrubic.,
tato technika umožňuje CNTs expandovat na různé materiály a zahrnuje chemické rozklad uhlovodíku na substrátu. Hlavním procesem pěstování uhlíkových nanotrubic v této metodě stejně jako metoda obloukového výboje jsou také vzrušující atomy uhlíku, které jsou v kontaktu s kovovými částicemi katalyzátoru.
pro všechny záměry a účely jsou trubky vyvrtány do křemíku a také implantovány nanočásticemi železa ve spodní části. Poté se uhlovodík, jako je acetylen, zahřeje a rozloží na substrát., Vzhledem k tomu, že uhlík je schopen navázat kontakt s kovovými částicemi implantovanými do otvorů, iniciuje vytvoření nanotrubic, které jsou „šablonou“ z tvaru tunelu. Při použití těchto vlastností mohou uhlíkové nanotrubice růst velmi dobře vyrovnané a velmi dlouhé, v úhlu tunelu. V CVD zpracování, vrstva kovu katalyzátoru částice připravit a zpracovat substrát na přibližně 700°C. Nejčastěji, kovový katalyzátor částice jsou nikl, kobalt , železo, nebo kombinace ., Cílem pomocí kovové nanočástice v kombinaci s katalyzátorem podporu, jako MgO nebo Al2O3 je rozvíjet plochu pro vyšší vedlejší produkt katalytické reakce z čistého uhlíku s kovovými částicemi. V prvním kroku nanotrubičky expanze, dva typy plyny palivo reaktoru (nejrozšířenější reaktor je fluidní reaktor ): uhlíkové-obsahují plyny (např. ethylen, acetylen, metan nebo etanol) a procesní plyn (např. dusík, vodík nebo amoniak)., Na povrchu částice katalyzátoru je plyn obsahující uhlík rozdělen a tak se uhlík stal viditelným na okrajích nanočástice,kde mohou nanotrubice produkovat. O tomto mechanismu se stále diskutuje . Studie ukázaly, že konvenčně akceptované modely jsou základní růst a růst špiček . V závislosti na adhezi a vazbu mezi substrátem a katalyzátorem částice, zprostředkující částice mohou zůstat v nanotrubičky základnu nebo nanotrubičky během růstu a expanze .,
ve srovnání s laserové ablace, CCVD je ekonomicky praktická metoda pro velké a velmi čisté CNT produkci a tak důležitou výhodou CVD jsou vysoké čistotě získaného materiálu a snadné ovládání, reakce kurzu .
čištění nanotrubic
v závislosti na technice syntézy uhlíkových nanotrubic existuje mnoho různých metod a postupů čištění., Všechny postupy čištění má následující hlavní kroky: odstranění velkých grafitové částice a shluky s filtrací, rozpuštění ve vhodných rozpouštědel k odstranění katalyzátoru částice (koncentrované kyseliny jako rozpouštědlo) a fullerenů (použití organických rozpouštědel) a microfiltrations a chromatografie na velikost oddělení a odstranit amorfní uhlíkové klastry . Čištění MWNTs produkované technikami obloukového výboje lze provést pomocí oxidačních technik, které mohou rozebrat MWNTs z mnohostěnných částic podobných grafitu .,
hlavní nevýhody této metody jsou nízké čistoty, vysoké ničí sazby z výchozí suroviny (95%), stejně jako vysokou reaktivitu zbývající nanotrubice na konci procesu vzhledem k existenci visící dluhopisů (nespokojený valence) a pro odstranění těchto visící dluhopisy je nutné použít vysoké teploty žíhání (2,800 ± C).
nedestruktivní metody pro separaci Unt pár dobře rozptýlené koloidní suspenze trubky/částice s materiály, které zabrání agregaci, jako jsou surfaktanty, polymery, nebo jiné koloidní částice ., Jiné metody, jako cíl o velikosti vyloučení nanotrubice používá size exclusion chromatografie a porézní filtry, stejně jako pomocí ultrazvuku asistované mikrofiltrace, která očišťuje SWNTs z amorfního uhlíku a katalytické částice .
Studie ukázaly, vaření SWNTs v kyselině dusičné nebo fluorovodíkové vodné roztoky pro čištění SWNTs a odstranění amorfní uhlík a kovové částice jako efektivní a jednoduchá technika.,
Pro čištění uhlíkové tubuly, vědec preferuje použití ultrazvuku z nanotrubiček v různých médiích a potom tepelné oxidace SWNT materiálu (při 470°C), stejně jako kyselina chlorovodíková léčby . Dalším způsobem oxidace neuspokojených uhlíkatých částic je použití zlatých klastrů (OD 20 nm) spolu s tepelnou oxidací SWNTs při 350°C .
Huang et al., představit nový způsob, jak pro oddělení polovodičové a kovové SWNTs pomocí size exclusion chromatography (SEC) DNA-rozptýlené uhlíkové nanotrubice (DNA-SWNT), které mají nejvyšší rozlišení délky třídění . Hustota-gradient ultracentrifugation byl použit pro separaci SWNT na základě průměru . Kombinace iontoměničové chromatografie (IEC) a DNA-SWNT (IEC-DNA-SWNT) byla také použita pro čištění jednotlivých chiralit. V tomto procesu, specifické krátké dna oligomery mohou být použity k oddělení jednotlivých swnt chiralities., Vědci použili fluorace a bromination procesů, stejně jako kyselina ošetření MWNT a SWNT materiál s cílem je čištění, řezání, a pozastavuje materiálů rovnoměrně v určitých organických rozpouštědlech .
Jak je uvedeno výše, v závislosti na nanotrubičky syntézu způsobem, existuje mnoho různých metod pro čištění, uhlíkové nanotrubice, a proto existence metody, které jsou single-krok procesů a beze změn na vlastnosti uhlíkových nanotrubic produktů je zásadní pro výrobu čisté nanotrubice a měly by být zaměřeny na budoucnost.,
Biomedicínské aplikace
vlastnosti nanotrubiček jsou jistě úžasné, v posledních několika letech, mnoho studie ukázaly potenciální aplikace Unt a prokázaly nesčetné aplikace, které by mohly být slibné, kdy se tyto nově stanovena materiály jsou kombinované s typickými produkty . Výroba nanorodů pomocí CNTs jako reagujících šablon .
aplikace pro nanotrubice zahrnují mnoho oborů a oborů, jako je medicína, nanotechnologie, výroba, stavebnictví, elektronika atd., Lze uvést následující aplikaci: kompozity s vysokou pevností , akční členy , zařízení pro ukládání energie a přeměnu energie , nanosondy a senzory , vodíková média , elektronická zařízení a katalýza . Následující části však podrobně popisují výhradně existující aplikace CNTs v biomedicínském průmyslu. Před použitím uhlíkové nanotrubice v biologickém a biomedicínském prostředí je třeba překonat tři bariéry: funkcionalizace, farmakologie a toxicita CNTs., Jednou z hlavních nevýhod uhlíkových nanotrubic je nedostatek rozpustnosti ve vodných médiích a k překonání tohoto problému vědci upravovali povrch CNTs, tj.
Další bariéru s uhlíkovou nanotrubici je biodistribuce a farmakokinetika nanočástic, které jsou ovlivněny mnoha fyzikálně-chemické vlastnosti, jako je tvar, velikost, chemické složení, agregace, rozpustnost povrchu, a fictionalization., Studie ukázaly, že CNT rozpustné ve vodě jsou biokompatibilní s tělními tekutinami a nemají žádné toxické vedlejší účinky ani úmrtnost.
Další důležitou bariérou je toxicita CNTs. Obecně platí, že kombinace vysoké plochy povrchu a vnitřní toxicity povrchu může být zodpovědná za škodlivé účinky nanočástic.
toxicita CNTs může být ovlivněna velikostí nanotrubic., Částice pod 100 nm mít potenciální škodlivé vlastnosti jako větší potenciál toxicity plic, útěk z normální fagocytární obranu, modifikace struktury proteinů, aktivace zánětlivé a imunologické reakce, a potenciální přerozdělení z jejich webu depozice.
umělé implantáty
nanomateriály vykazují pravděpodobnost a příslib v regenerační medicíně kvůli jejich atraktivním chemickým a fyzikálním vlastnostem ., Obecně odmítněte implantáty s postadministrační bolestí a aby se zabránilo tomuto odmítnutí, bylo slibné připojení nanotrubic s bílkovinami a aminokyselinami. Uhlíková nanotrubice, jak jednoduchá, tak multi-WNT, může být použita jako implantáty ve formě umělých kloubů a jiných implantátů bez reakce na odmítnutí hostitele. Navíc díky jedinečným vlastnostem, jako je vysoká pevnost v tahu, mohou CNTs působit jako náhražky kostí a implantáty, pokud jsou naplněny vápníkem a tvarovány/uspořádány v kostní struktuře .,
To byla zkoumána buněčné adheze a proliferace může zvyšovat s SWCNT a MWCNT kompozity, a proto tyto nanotrubice byly integrovány do přírodních a syntetických materiálů pro generování nanokompozity. Některé aplikace nanotube jako umělé implantáty jsou shrnuty v tabulce 4.,
Tkáňové inženýrství
cílem tkáňového inženýrství je náhrada poškozené nebo nemocné tkáně s biologickou náhradníků, které lze opravit a zachovat normální a původní funkci. Významné pokroky v oblasti materiálové vědy a inženýrství podpořily slibný pokrok tkáňové regenerativní medicíny a inženýrství., Uhlíkové nanotrubice mohou být použity pro tkáňové inženýrství ve čtyřech oblastech: snímání buněčného chování, sledování a označování buněk, zvýšení tkáňových matric a rozšíření buněčného chování . Sledování a označování buněk je schopnost sledovat implantované buňky a sledovat zlepšení tvorby tkání in vivo a neinvazivně. Označování implantované buňky nejen usnadňuje vyhodnocení životaschopnosti inženýrství tkáně, ale také pomáhá a usnadňuje pochopení biodistribuce, migrace, přesun a pohyb cesty transplantovaných buněk., Z důvodu časově náročné a náročné manipulace při použití tradičních metod, jako je průtoková cytometrie, přicházejí neinvazivní metody populární metody. Ukazuje se, že uhlíkové nanotrubice mohou být proveditelné jako zobrazovací kontrastní látky pro magnetické rezonance, optické a radiotracerové modality.
Další důležitou aplikací uhlíkových nanotrubic v tkáňovém inženýrství je jeho potenciál pro měření biodistribuce a může být také modifikován radiotracery pro gama scintigrafii. Singh et al. vázané SWNTs s. U myší BALB/c a podávaných k vyhodnocení biodistribuce nanotrubic ., Design lepší umělých tkání, zlepšuje a usnadňuje se lépe monitorovat buněčné fyziologie jako enzym/kofaktor interakce, bílkovin a metabolitů sekrece, buněčné chování a transport iontů. Nanosenzory případně budou využity k dispozici neustálé sledování výkonnosti umělých tkání. Uhlíkové nanotrubice představují řadu populárních funkcí, které je činí ideální prvky pro nanosenzory včetně jejich velký měrný povrch a schopnost znehybnit DNA či jinými proteiny, a elektrické vlastnosti., Uhlíkové nanotrubičky má unikátní elektronické struktury, které jako uhlíkové nanotrubičky elektrochemický senzor pravděpodobnost je jednodušší šetření redoxních proteinů a aminokyselin umožňuje sledování buněk v umělých tkání. V jedné studii byly mwnt konjugovány s platinovými mikročásticemi a byly schopny vnímat thioly včetně aminokyselin, jako je glutathion a L-cystein u potkanů .
matrice buněk hraje důležitou roli v tkáňovém inženýrství., Zatímco přijat syntetických polymerů, například, PLGA a PLA byly použity pro tkáňové inženýrství, chybí jim požadovaná mechanická pevnost a nemůže být jednoduše funkcionalizovaných v rozporu uhlíkových nanotrubic, které mohou být dobrovolně funkcionalizovaných. Tak, uhlíkové nanotrubice mají potenciál pro použití jako tkáně lešení a může poskytnout potřebné strukturální vyztužení, ale hlavní nevýhodou uhlíkových nanotrubic je to, že nejsou biologicky rozložitelné., Kombinace polymeru rozpuštěním požadované části uhlíkových nanotrubic do polymeru byla zjištěna významná vylepšení mechanické pevnosti kompozitu. MWNTs v kombinaci s chitosanem ilustroval významný pokrok v mechanických vlastnostech ve srovnání pouze s chitosanem . Swnt smíšený kolagen zlepšuje růst buněk hladkého svalstva .
identifikace rakovinných buněk
Nanodevices jsou vytvářeny, které mají potenciál k rozvoji léčby rakoviny, detekce a diagnostiky., Nanostruktury mohou být tak malé (méně než 100 nm), že tělo možná bude jim jasné, příliš rychle pro ně být efektivní v zobrazování nebo odhalení, a tak může vstupovat do buněk a organel uvnitř je k interakci s DNA a proteiny. Castillo et al. pomocí peptidové nanotrubičky-kyselina listová upravená grafenové elektrody, zlepšit detekci lidské rakoviny děložního čípku, buňky se zvýšenou expresí kyselina listová receptory .,
Protože velké množství nádorových onemocnění je asymptomatická po celou dobu jejich rané fázi a odlišné morfologické změny jsou chybí ve většině nádorových onemocnění v rané fázi, tedy tradiční klinické rakoviny zobrazovací metody, například, X-ray, CT, MRI, a ne získat dostatečné prostorové rozlišení pro detekci onemocnění v raném stadiu. Zobrazovací studie s SWCNTs se v posledních několika letech dařilo. Hong et al., vyhodnotil molekulární zobrazování pomocí SWNTs a vyhodnotil kombinované GD3 + -funkcionalizované SWCNTs při aplikaci na MRI a bylo dosaženo vysokého rozlišení a dobré penetrace tkání.
Kombinace radioizotopů označené SWCNTs s radionuklidu na základě zobrazovací techniky (PET a SPECT) může zlepšit proniknutí tkání, citlivosti a střední rozlišení.,
Existuje mnoho charakteristických proteinových biomarkerů, které jsou často nadměrně exprimován v nádorových buňkách, a poskytují otevření brány pro včasnou diagnózu, prognózu, udržování dozor po kurativní operaci, monitorování terapie u pokročilého onemocnění a predikci léčebné odpovědi., Mnoho významných nádorových markerů byly rozsáhle uplatňovány a používány v diagnostice hepatocelulárního karcinomu, kolorektálního karcinomu, rakoviny slinivky břišní, rakoviny prostaty, epiteliální ovariální tumor jako sacharidů antigenu 19-9 (CA19-9), alfa-fetoprotein (AFP), karcinoembryonální antigen (CEA), carcinoma antigen 125 (CA125), lidský choriový gonadotropin (hCG), a prostaty-specifického antigenu (PSA). Některé z rakovinných biomarkerů, které jsou detekovány detekčními systémy založenými na CNT, jsou shrnuty v tabulce 5.,
Drog a gene dodání Unt
Existuje mnoho překážek s konvenční podávání chemoterapeutických činidel, jako je nedostatek selektivity, systémová toxicita, špatná distribuce mezi buňky, omezená rozpustnost, neschopnost léky k překročení buněčné bariéry a nedostatek klinických postupů pro překonání multirezistentní (MDR) rakovina ., Vědci zavedli širokou škálu různých typů drug delivery systémů k překonání těchto problémů, jako jsou polymery, oxid křemičitý nanočástice, kvantové tečky, emulze, dendrimers, liposomy, molekulární konjugátů, a micel . Jak bylo uvedeno výše, Unt mají jedinečné vlastnosti, jako jsou ultra povrchu, které je činí jako slibný potenciál pro dodávání léčiv, peptidů a nukleových kyselin (Tabulka 6)., Konkrétní lék nebo gen může být integrován do stěny a tipy Unt a rozpoznat rakovinu-specifické receptory na povrchu buněk, které tyto prostředky Unt může překročit savčí buněčné membrány tím, že endocytóza nebo jiné mechanismy a provést terapeutických léků nebo genů více bezpečně a efektivně v buňkách, které jsou dosud nepřístupné . Více nedávno, vědci vyvinuli nový a účinnější SWNT-na bázi nádoru-targeted drug delivery system (DDS), který se skládá z nádoru-cílení ligandy, protinádorových léčiv, a funkcionalizovaných SWNTs., Pokud se tento systém interaguje s nádorovými buňkami, pak to může vyvolat receptory zprostředkovanou endocytózu tím, že uznává rakovinu-specifické receptory na povrchu nádorových buněk, a tak efektivně a konkrétně vydání chemoterapeutiky.