Johdanto
Hiili on alkuaine, jonka järjestysluku on numero 6 ja on kuusi elektronia, joka miehittää 1 s2 2 s2, ja 2p2 atomic orbital. Se voi hybridisoitua sp -, sp2-tai sp3-muodoissa. Löytöjä hyvin vakio nanometrin koon sp2 hiilen sidottu materiaalit, kuten grafeeni , fullereeneista , ja hiilinanoputket ovat kannustaneet tekemään tutkimuksia tällä alalla., Suurin osa hiilinanoputkien fysikaalisista ominaisuuksista on peräisin grafeenista. Grafeenin, hiiliatomia ovat tiheästi järjestetty säännöllisesti sp2-liimattu atomitason honeycomb (kuusikulmainen) malli, ja tämä malli on perus rakenne muut sp2 hiilen liimata materiaaleja (allotropes), kuten fullereeneista ja hiilinanoputkien. Hiilinanoputkien on teoriassa eri kuin sylinteri valmistettu rullalle grapheme arkki. Se voi jakautua yhdeksi kaivoksi tai useaksi kaivoksi., Nanoputket yhden hyvin on kuvattu yksiseinäisiä hiilinanoputkia (SWCNTs) ja oli ensimmäinen raportoitu vuonna 1993 , kun taas ne, joilla on enemmän kuin yksi hyvin ovat multiwall hiilinanoputket (MWCNTs) ja havaittiin ensimmäisen kerran vuonna 1991 Iijima (Kuva 1).
Kaavamainen rakenne ja TEM-kuvia SWCNT ja MWCNT. (A) SWCNT: n ja (B) MWCNT: n kaavamainen rakenne. Transmission electron microscope (TEM) kuvat (C) SWCNT ja (D) MWCNT .,
hiilinanoputkien: rakenne ja ominaisuudet
Carbon bond-eri tapoja rakentaa rakenteet, joilla on täysin erilaisia ominaisuuksia. Sp2-hybridisaatio hiili kertyy kerroksellinen rakenne, jossa heikko out-of-plane liimaus van der Waalsin muoto ja vahva in-plane rajoja. Muutamasta muutamaan kymmeneen samankeskistä sylinteriä, joiden säännöllinen jaksollinen välikerroksen väli sijaitsee tavallisen Keskisen onton ympärillä ja jotka on valmistettu Mwcnt: stä. Multiwall nanotube-kuvien reaaliavaruusanalyysi on osoittanut useita välikerrosten välejä (0,34-0.,39 nm) .
Riippuen määrä kerroksia, sisä halkaisija MWCNTs poikkeaa 0,4 nm jopa muutaman nanometrin ja ulompi halkaisija vaihtelee tyypillisesti välillä 2 nm 20-30 nm. Sekä vinkkejä MWCNT on yleensä suljettu ja päät ovat rajattu dome-muotoinen puoli-fullereeni molekyylejä (viisikulmainen vikoja), ja aksiaalinen koko vaihtelee 1 µm, jopa muutaman senttimetrin. Rooli puoli-fullereeni molekyylejä (viisikulmainen rengas vika) on auttaa sulkemaan putken molemmissa päissä.
toisaalta SWCNT: n halkaisijat eroavat 0: sta.,4-2-3 nm, ja niiden pituus on tyypillisesti mikrometrin vaihteluväli. SWCNTs voi yleensä tulla yhteen ja muodostaa nippuja (köydet). Nippu rakenne, SWCNTs ovat hexagonally järjestetty muodossa kristalli-kuten rakentaminen .
MWCNT ja SWCNT rakenne
Riippuvainen käärimistä sylinteri tavalla, on olemassa kolme eri muodot SWCNTs, kuten nojatuoli, kiraalinen, ja siksak (Kuva 2B). SWCNT: n rakenteelle on ominaista pari indeksiä (n, m), jotka kuvaavat kiraalista vektoria ja vaikuttavat suoraan nanoputkien sähköisiin ominaisuuksiin., Määrä yksikkövektoreita hunajakenno kidehilan grafeenin pitkin kahteen suuntaan määräytyy kokonaisluvut n ja m. Koska yleinen mielipide, kun m = 0, nanoputket ovat nimeltä siksak nanoputket;, kun n = m, nanoputket ovat nimeltään nojatuoli nanoputkia, ja muut valtion kutsutaan kiraalinen.
Eri muotoja Swnt. A) kiraalinen vektori C määrittää myös putken halkaisijan. B) kolmen atomisesti täydellisen SWCNT-rakenteen mallit .,
kiraalinen vektori C = na1 + ma2 (a1 ja a2 ovat pohja solujen vektorit grafiitti) myös määrittelee putken halkaisija d, ja tämä vektori kuulee suuntaan liikkuvan grafeeni levy (Kuva 2A). Näin ollen, halkaisija carbon putki voidaan laskea
missä a=1.42× 3 Å vastaa ristikko vakiona grafiitti arkki.,
Kun n − m on jaollinen 3, sitten nanoputkien on kuvattu ”metallinen” tai erittäin johtamiseen nanoputkia, ja jos ei, niin nanoputkien on puolimetallioksidit tai puolijohde.
kaikkina aikoina, nojatuoli muoto on metallinen, kun taas muut muodot voi tehdä nanoputkien puolijohde.
Monet muuttujat ja vektorit voi olla vaikutusta nanoputkien rakenteita, kuten seuraavat :
Multiwalled hiilinanoputkia voidaan muodostaa kaksi rakenteelliset mallit: venäjän Nukke malli ja Pergamentti malli., Kun hiilinanoputki sisältää sen sisällä toisen nanoputken ja ulomman nanoputken halkaisija on suurempi kuin ohuemman nanoputken, sitä kutsutaan venäläiseksi Nukkemalliksi. Toisaalta, kun yksi grafeenin levyt on kiedottu itse moninaiset kertaa, sama kuin rullalle selaa paperia, se on nimeltään Pergamentti malli. MWCNTs ja SWCNTs on samanlaisia ominaisuuksia., Koska monikerroksinen luonne MWCNTs, ulkoseinät voi vain suojata sisäinen hiilinanoputkien kemiallinen vuorovaikutus ulkopuolella aineita, mutta myös läsnä korkea vetolujuus ominaisuuksia, jotka eivät ole SWCNTs (tai olemassa osittain) (Taulukko 1).
Koska hiilinanoputket ovat sp2-sidoksia yksittäisiä hiiliatomeja, heillä on suurempi vetolujuus kuin teräs ja Kevlar., Tämä sidos on jopa voimakkaampi kuin timantista löytynyt sp3-sidos. Teoriassa Swcnt: t voivat todella olla vetolujuudeltaan satoja kertoja terästä vahvempia.
hiilinanoputkien toinen hämmästyttävä ominaisuus on myös elastisuus., Alle korkea voima ja paina istuu ja, kun se altistetaan suuri aksiaalinen puristus-voimat, sen voi taivuttaa, kiertää, kiertyä, ja lopulta solki vahingoittamatta nanoputken, ja nanoputkien palaa sen alkuperäinen rakenne, mutta jousto nanoputkia ei ole raja, ja sen alla hyvin fyysisesti vahvoja voimia painaa, on mahdollista tilapäisesti muuttaa muotoaan muoto on nanoputken. Joitakin vikoja rakenteen nanoputkien voi heikentää nanoputkien vahvuus, esimerkiksi vikoja atomic avoimia työpaikkoja tai uudelleenjärjestely hiili-sidoksen.,
Joustavuus sekä yhden ja multiwalled nanoputket määräytyy kimmokerroin tai kimmomoduuli . Multiwall-nanotubien (MWNTs) kimmomoduuli analysoidaan siirtoelektronimikroskoopeilla (TEM). Tutkijat käyttävät TEM-mittaa ja tutkivat lämpövärinää putkien molemmissa päissä. Seurauksena vahvuus atomi joukkovelkakirjoja hiilinanoputket, ne ei vain voi kestää korkeita lämpötiloja, mutta on myös osoitettu olevan erittäin hyvä lämmön johtimia. Ne kestävät jopa 750°C normaalilla ja 2 800°C tyhjiö ilmakehän paineet., Putkien lämpötila ja ulkoympäristö voivat vaikuttaa hiilinanoputkien lämmönjohtavuuteen . Hiilinanoputkien merkittävistä fysikaalisista ominaisuuksista on yhteenveto taulukossa 2.
Yhteenveto
On olemassa useita tekniikoita, jotka on kehitetty fabricating CNT rakenteita, jotka tarkoittavat pääasiassa kaasufaasissa prosesseja., Yleisesti, kolme menettelyjä käytetään tuottamaan Hiilinanoputket: (1) kemiallista kaasufaasipinnoitusta (CVD) tekniikka (2) laser-ablaatio, tekniikka , ja (3) hiilen arc-vastuuvapauden tekniikka (Taulukko 3)., Korkea lämpötila valmistelu tekniikoita, esimerkiksi laser ablaatio tai kaari vastuuvapauden olivat ensimmäiset käyttää syntetisoimaan Hiilinanoputket, mutta tällä hetkellä, nämä tekniikat ovat korvautuneet alhainen lämpötila kemiallista kaasufaasipinnoitusta (CVD) menetelmät (<800°C), sillä nanoputkien pituus, halkaisija, tasaus -, puhtaus -, tiheys ja suunta Hiilinanoputket voidaan tarkasti valvotuissa alhainen lämpötila kemiallista kaasufaasipinnoitusta (CVD) menetelmiä .,
Electric arc vastuuvapauden
Arc-vastuuvapauden tekniikka käyttää korkeampia lämpötiloja (yli 1,700°C) CNT synteesi, joka tyypillisesti aiheuttaa laajennus Hiilinanoputket, joilla on vähemmän rakenteellisia vikoja verrattuna muihin menetelmiin., Eniten käytetty menetelmiä käyttää arc vastuuvapauden välillä korkea-puhtaus grafiitti (6-10 mm: n optisen tiheyden (OD)) elektrodit yleensä vesijäähdytteinen elektrodien halkaisijat välillä 6 ja 12 mm ja erotettu 1 2 mm kammiossa täynnä heliumia (500 torr) klo omaavilla paine (helium voidaan korvata vetyä tai metaania) . Kammio sisältää grafiittia katodi ja anodi sekä haihtunut hiiltä molekyylejä ja jonkin verran metalli-katalyytin hiukkasia (kuten koboltti -, nikkeli-ja/tai rauta)., Tasavirta johdetaan camber (kipinöintiä prosessi), ja kammio on paineistettu ja lämmitetty noin 4000 K. aikana tämän menettelyn ja kipinöintiä, noin puolet haihtunut carbon jähmettyy katodi (negatiivinen elektrodi) vihje ja talletus muotoja nopeudella 1 mm/min, joka on nimeltään ’lieriön kova talletus tai sikari-kuten rakenne’, kun taas anodi (positiivinen elektrodi) on kulutettu. Jäljellä oleva hiili (kova harmaa kuori) talletetaan reuna ja tiivistyy ’jaosto noki’ lähellä seinät kammion ja katodi noki’ on katodi., Sisempi ydin, katodi nokea ja jaosto nokea, joka on tumma ja pehmeä, tuotto joko single-walled tai multiwalled hiilinanoputkien ja sisäkkäisiä polyhedral grafeeni hiukkasia. Käyttämällä skannaus elektronimikroskoopilla (SEM), kaksi eri kuvioita ja morfologioita voidaan havaita opiskelu katodi talletus, tumma ja pehmeä sisempi ydin talletukset koostuvat bundle-kuten rakenteita, jotka sisältävät satunnaisesti järjestetty nanoputket ja harmaa ulkokuori, joka koostuu kaareva ja tasainen grapheme kerroksia.,
arc vastuuvapauden laskeuma ja synteesi Hiilinanoputket, on olemassa kaksi eri tapaa: synteesi, jossa käyttää eri katalysaattori lähtöaineiden ja ilman käyttöä katalyytti esiasteita. Yleensä, synteesi MWNTs voitaisiin tehdä ilman käyttöä katalyytti lähtöaineiden mutta synteesi yhden seinän nanoputkien (Swnt), hyödyntää eri katalysaattori lähtöaineiden ja laajennus kaari vastuuvapauden, käyttää monimutkaisia anodi, joka on tehty niin koostumus grafiitti ja metalli, esimerkiksi, Gd , Co -, Ni -, Fe -, Ag, Pt, Pd, jne., tai seoksia, Co, Ni ja Fe muita elementtejä, kuten Co -, Pt -, Co-Ru , Ni-Y -, Fe-Ni, Co-Ni -, Co -, Cu -, Ni -, Cu -, Fe-O, Ni-Ti, Ni-Y, jne. Tutkimukset ovat osoittaneet, Ni-Y-grafiitti seoksia voi tuottaa korkean tuoton (<90%) Swnt (keskimääräinen halkaisija 1,4 nm) , ja nykyään tämä seos käytetään maailmanlaajuisesti luomiseen Swnt korkea tuotto. Arc-purkaustekniikan tärkein etu on kyky ja potentiaali tuottaa suuri määrä nanoputkia. Toisaalta, suurin haitta tämän menetelmän on suhteellisen vähän valvoa linjaus (ts.,, chirality) luoduista nanoputkista, mikä on tärkeää niiden luonnehdinnan ja roolin kannalta. Lisäksi reaktiossa tarvittavan metallisen katalyytin vuoksi on tärkeää puhdistaa saadut tuotteet.
Laser ablaatio menetelmä
käyttämällä korkean tehon laser höyrystyminen (YAG-tyyppi), kvartsi-putki, joka sisältää lohkon puhdas grafiitti on lämmitetty uuniin 1200 ± C, Ar tunnelma . Laserin käytön tavoitteena on höyrystää grafiitti kvartsin sisällä., Kuvattu noin synteesi SWNT käyttämällä arc-vastuuvapauden menetelmä, tuottaa Swnt, käyttäen laser-tekniikkaa lisäämällä metalli hiukkasia, kuten katalyytit, jotta grafiitti tavoitteita on tarpeen. Tutkimusten mukaan nanoputkien halkaisija riippuu lasertehosta. Kun laserpulssin teho kasvaa, putkien halkaisija oheni . Muut tutkimukset ovat osoittaneet, ultranopeat (subpicosecond) laser-pulssit ovat mahdollisia ja voivat luoda suuria määriä Swnt . Tekijät paljastivat, että nyt luvataan luoda jopa 1.,5 g/h nanoputkimateriaalia lasertekniikan avulla.
Monet muuttujat voivat vaikuttaa ominaisuuksia Hiilinanoputket syntetisoida laser ablaatio menetelmä, kuten rakenne ja kemiallinen koostumus kohde materiaali, laser ominaisuudet (huipputeho, cw vs. pulssi -, energia-fluence, värähtelyn aallonpituus, ja toistotaajuus), virtaus ja paine puskurin kaasu, paine ja kemiallinen koostumus, etäisyys kohteeseen ja substraattien, ja ympäristön lämpötila. Tämä menetelmä on mahdollista tuottaa SWNTs erittäin puhdasta ja laadukasta., Periaatteet ja mekanismit laser ablaatio menetelmä on samanlainen kaari-vastuuvapauden tekniikka, mutta tässä menetelmässä tarvittava energia on esittänyt laser, joka osui puhdas grafiitti pelletti tilalla katalysaattori materiaalit (usein kobolttia tai nikkeliä).
tärkeimmät edut tämä tekniikka koostuu suhteellisen korkea tuotto ja suhteellisen alhainen metallisten epäpuhtauksien, koska metallisten atomien mukana on taipumus haihtua putken, kun se on suljettu., Toisaalta suurin haitta on se, että tästä tekniikasta saadut nanoputket eivät ole välttämättä tasaisen suoria, vaan sisältävät jonkin verran haarautumista.
Valitettavasti, laser ablaatio menetelmä ei ole taloudellisesti edullista, koska menettely sisältää korkean puhtaus, grafiitti tangot, laser voimia tarvitaan ovat suuria (joissakin tapauksissa kaksi laser palkit tarvitaan), ja määrä nanoputkia, jotka voidaan syntetisoida per päivä ei ole niin korkea kuin arc-vastuuvapauden tekniikka.,
cvd
Yksi standardi menetelmiä tuotannon hiilinanoputkia on cvd-tai CVD. On olemassa monia erilaisia CVD, kuten katalyyttinen kemiallinen höyrypinnoitus (CCVD)—joko lämpö-tai plasma-enhanced (PE) hapen avustaa CVD , vesi avustaa CVD , mikroaaltouuni plasma (MPECVD) , radiotaajuisen CVD (RF-CVD) , tai kuuman hehkulangan (HFCVD) . Mutta katalyyttinen kemiallinen höyrypinnoitus (CCVD) on tällä hetkellä vakio tekniikka synteesi hiilinanoputkia.,
Tämä tekniikka mahdollistaa Hiilinanoputket laajentaa eri materiaalien ja liittyy kemiallisia jakautuminen hiilivety-alustalle. Hiilinanoputkien pääasiallinen kasvatusprosessi tässä menetelmässä samoin kuin arc-purkausmenetelmä on myös jännittävät hiiliatomit, jotka ovat kosketuksissa metallisten katalyyttihiukkasten kanssa.
kaikki aikomukset ja tarkoituksiin, putket on porattu pii ja myös istutettu rauta nanohiukkasten alareunassa. Sen jälkeen hiilivety, kuten asetyleeni, kuumennetaan ja hajotetaan substraatille., Koska hiili voi tehdä kosketuksiin metallin hiukkasia istutettu reikiä, se aloittaa luoda nanoputkia, jotka ovat ’template’ muoto tunneli. Käyttämällä näitä ominaisuuksia, hiilinanoputket voivat kasvaa hyvin linjassa ja hyvin pitkä, kulma tunneli. Vuonna CVD käsittely, kerros metallia katalyytin hiukkasia, valmistella ja käsitellä alustan noin 700°C. yleisimmin, metalli katalysaattori hiukkaset ovat nikkeli -, koboltti -, rauta -, tai näiden yhdistelmä ., Tavoitteena on käyttää metalli-nanopartikkelit yhdessä catalyst tukea, kuten MgO-tai Al2O3 on kehittää pinta-ala on suurempi sivutuote katalyyttinen reaktio puhdasta hiiltä, metalli-hiukkasia. Ensimmäisessä vaiheessa nanoputkien laajennus, kaksi tyyppisiä kaasuja ruokkivat reaktori (yleisimmin käytetty reaktori on leijutettu bed reactor ): hiiltä sisältävää kaasua (kuten eteeni, asetyleeni, metaani, tai etanoli) ja prosessi kaasun (kuten typpi, vety, tai ammoniakkia)., Pinnalla katalysaattori, hiukkas -, hiiltä sisältävä kaasu on rikki erilleen ja niin hiilen tuli näkyviin reunoilla nanohiukkasten, jossa nanoputket voivat tuottaa. Tästä mekanismista keskustellaan edelleen . Tutkimusten mukaan perinteisesti hyväksyttyjä malleja ovat peruskasvu ja kärkikasvu . Riippuen tarttuvuus ja kiinnityksen välillä alustan ja katalysaattori, hiukkas -, katalysaattori hiukkaset voivat jäädä nanoputkien pohja tai nanoputkien aikana kasvun ja laajentumisen .,
verrattuna laser-ablaatio, CCVD on taloudellisesti käytännön menetelmä suurten ja melko puhdasta CNT-tuotanto ja niin tärkeä etu CVD ovat korkea puhtaus saatu materiaali ja helppo hallita reaktion aikana .
Nanoputkien puhdistus
Riippuen tekniikka hiilinanoputkien synteesi, on olemassa monia erilaisia menetelmiä ja menettely puhdistus., Kaikki puhdistus menettelyt ovat seuraavat keskeiset vaiheet: poistaminen suuri grafiitti hiukkasia ja yhdistelmille kanssa suodatus, liukeneminen sopiva liuottimia poistaa katalyytin hiukkasia (happoja, kuten liuotin) ja fullereeneista (orgaanisten liuottimien käyttöä), ja microfiltrations ja kromatografian koko erottaminen ja poistaa amorfinen hiili klustereita . Puhdistus MWNTs valmistettu kaari-vastuuvapauden tekniikoita voidaan tehdä käyttämällä hapetus-tekniikoita, jotka voidaan ottaa erilleen MWNTs alkaen polyhedral grafiitti-partikkeleita .,
tärkeimmät haitat tämä menetelmä on alhainen puhtaus, korkea tuhota määrä lähtöaineet (95%), samoin kuin korkea reaktiivisuus jäljellä olevat nanoputket lopussa prosessin, koska olemassaolon roikkuvat joukkovelkakirjoja (tyytymätön valence) ja poistaa tällaiset roikkuvat joukkovelkakirjoja on tarpeen käyttää korkean lämpötilan hehkutus (2,800 ± C).
tuhoava menetelmiä erottaa Hiilinanoputket pari hyvin hajallaan kolloidiset suspensiot putket/hiukkasia materiaaleja, jotka estävät yhdistäminen, kuten pinta-aktiiviset aineet, polymeerit, tai muita kolloidinen hiukkasia ., Toinen menetelmä, kun tavoitteena on koko syrjäytymisen nanoputket käyttää koko syrjäytymisen kromatografia ja huokoiset suodattimet sekä ultraäänessä avustaa avulla: mikro-joka puhdistaa Swnt amorfinen hiili ja katalyyttinen hiukkasia .
Tutkimukset ovat osoittaneet, kiehuva Swnt typpihapolla tai fluorivetyhapon vesiliuosten puhdistamiseksi Swnt ja poistamalla amorfinen hiili ja metalli hiukkasia kuin tehokas ja yksinkertainen tekniikka.,
puhdistamiseksi carbon tubulukset, tutkija haluaa käyttää sonication sekä nanoputkien eri tiedotusvälineissä ja sen jälkeen termisen hapettumisen SWNT materiaali (at 470°C) sekä suolahappoa hoitoja . Toinen tapa hapettavat tyytymätön hiilipitoiset hiukkaset on käyttää kultaa klustereita (OD 20 nm) yhdessä termisen hapettumisen Swnt 350°C: ssa .
Huang et al., esitellä uusi tapa erottaminen puolijohtavalla ja metallinen Swnt käyttämällä koko syrjäytymisen kromatografia (SEC) DNA-hajallaan hiilinanoputket (DNA-SWNT), joka on korkein päätöslauselman pituus lajittelu . Tiheys-kaltevuus ultrasentrifugointi on käytetty erottaminen SWNT, joka perustuu halkaisija . Yhdistelmä ion-exchange chromatography (IEC) ja DNA-SWNT (IEC-DNA-SWNT) on myös käytetty puhdistus yksittäisten chiralities. Tässä prosessissa erityisiä lyhyitä DNA-oligomeereja voidaan käyttää yksittäisten SWNT-siraliteettien erottamiseen., Tutkijat ovat käyttäneet fluoraus ja bromaus prosesseja sekä happo hoitoja MWNT ja SWNT materiaalin tavoitteena on puhdistava, leikkaus, ja keskeyttämisestä materiaalit yhtenäisesti tiettyjä orgaanisia liuottimia .
Kuten edellä, riippuen nanoputkien synteesi tavalla, on olemassa monia erilaisia menetelmiä puhdistus hiilinanoputket, ja siksi olemassa menetelmiä, jotka ovat single-vaihe prosessien ja vaikuta ominaisuudet hiilinanoputkien tuotteita, on tärkeää tuottaa puhdasta nanoputkia, ja se olisi suunnattava tulevaisuuteen.,
Biolääketieteen sovellukset
ominaisuudet nanoputket ovat varmasti hämmästyttävä; viime vuosina, monet tutkimukset ovat osoittaneet, mahdolliset sovellukset Hiilinanoputket ja ovat osoittaneet lukemattomia sovelluksia, jotka voivat olla lupaavia, kun nämä hiljattain määritetty materiaalit ovat yhdistettynä tyypillisiä tuotteita . Tuotanto nanorods käyttäen Hiilinanoputket kuin reagoi malleja .
nanoputkien sovellukset kattavat monia aloja ja tieteenaloja, kuten lääketieteen, nanoteknologian, valmistuksen, rakentamisen, elektroniikan ja niin edelleen., Seuraavat sovellus voi huomata: korkea-voimaa komposiitit , toimilaitteet , energian varastointi sekä energian muuntaminen laitteita , nanoprobes ja anturit , vedyn varastointi media , elektroniset laitteet , ja katalyysi . Seuraavissa jaksoissa käsitellään kuitenkin yksinomaan biolääketieteellisen teollisuuden CNTs: n nykyisiä sovelluksia. Ennen käyttöä hiilinanoputkien biologiset ja biolääketieteen ympäristöissä, on kolme esteitä, jotka on voitettava: functionalization, farmakologiaa ja myrkyllisyyttä Hiilinanoputket., Yksi tärkeimmistä haitat hiilinanoputkia on puute liukoisuus vesiliuoksessa media, ja ratkaista tämä ongelma, tutkijat ovat muokanneet pinta Hiilinanoputket, eli fictionalization eri hydrofiilisiä molekyylejä ja kemiat, joka parantaa veden liukoisuus ja biologisen CNT .
Toinen este, jossa hiilinanoputkien on radioisotoopin ja farmakokinetiikkaa nanohiukkasia, jotka ovat vaikuttavat monet fysikaalis-kemialliset ominaisuudet, kuten muoto, koko, kemiallinen koostumus, yhdistäminen, liukoisuus pinta, ja fictionalization., Tutkimukset ovat osoittaneet, että vesiliukoinen Hiilinanoputket ovat bioyhteensopivia, jossa ruumiin nesteet ja ei mitään myrkyllisiä sivuvaikutuksia tai kuolleisuutta.
toinen tärkeä este on CNTs: n myrkyllisyys. Yleensä korkean pinta-alan ja pinnan luontaisen myrkyllisyyden yhdistelmä voi olla vastuussa nanohiukkasten haitallisista vaikutuksista.
CNTs: n Myrkyllisyyteen voi vaikuttaa nanoputkien koko., Hiukkasista on kooltaan alle 100 nm ovat mahdollisia haitallisia ominaisuuksia, kuten enemmän potentiaalia myrkyllisyys keuhko -, paeta normaalia phagocytic puolustus -, muutos-proteiinin rakenne, aktivointi tulehdus-ja immunologisia vasteita, ja potentiaalia uudelleenjakoon niiden päällä laskeuman.
keinotekoiset implantit
nanomateriaalit osoittavat todennäköisyyden ja lupauksen regeneratiivisessa lääketieteessä niiden houkuttelevien kemiallisten ja fysikaalisten ominaisuuksien vuoksi ., Yleensä hylätä implantit postadministration kipua, ja tämän välttämiseksi hylkäämistä, kiinnitys nanoputket proteiineja ja aminohappoja on ollut lupaava. Hiilinanoputken sekä single ja multi-WNT, voidaan käyttää kuten implantit muodossa keinotekoisten nivelten ja muiden implanttien ilman host hylkääminen vastaus. Lisäksi koska ainutlaatuisia ominaisuuksia, kuten korkea vetolujuus, Hiilinanoputket voivat toimia luun korvikkeet ja jos implantit täynnä kalsiumia ja muotoinen/järjestetty luun rakenne .,
Se on tutkittu solujen tarttumisen ja leviämisen voi parantaa SWCNT ja MWCNT komposiitit, ja siksi näitä nanoputkia on integroitu osaksi luonnollisia ja synteettisiä materiaaleja luoda nanokomposiittimateriaaleihin. Jotkin nanoputkisovellukset keinotekoisina implantteina on koottu taulukkoon 4.,
kudosteknologian
tavoitteena kudosteknologia on korvata vaurioitunut tai sairaan kudoksen, jossa biologinen varajäsenet, jotka voivat korjata ja säilyttää normaali ja alkuperäinen tehtävä. Merkittävät edistysaskeleet materiaalitieteen ja tekniikan alalla ovat tukeneet kudosten regeneratiivisen lääketieteen ja tekniikan lupaavaa kehitystä., Hiilinanoputkia voidaan käyttää kudosteknologian neljään osa-alueeseen: sensing solujen käyttäytymistä, solu seuranta ja merkinnät, parantaa kudoksen matriisit, ja kohensi solujen käyttäytymistä . Solu seuranta ja merkinnät on kyky seurata istutetaan soluja ja tarkkailla parantaa kudoksen muodostumista, in vivo-ja noninvasiivisesti. Merkintöjä istutetaan soluja ei vain helpottaa arviointia koskevat elinkelpoisuuden suunniteltu kudos, mutta myös auttaa ja helpottaa ymmärrystä radioisotoopin, muuttoliike, siirtäminen ja liikkuminen reitit istutetut solut., Koska aikaa vievää ja haaste käsittely käyttäen perinteisiä menetelmiä, kuten virtaussytometria, noninvasive menetelmät ovat saapuvan suosittuja menetelmiä. On osoitettu, että hiilinanoputket voivat olla toteuttamiskelpoisia magneettikuvauksen, optisen ja radiotraktorin modaliteetteja kuvaavina varjoaineina.
Toinen tärkeä sovellus hiilinanoputkien tissue engineering on sen mahdollinen toimenpide radioisotoopin ja voi myös olla modified kanssa radiotracers gamma gammakuvaus. Singh ym. sidottu SWNTs kanssa . In ja annetaan BALB/C-hiirille nanoputkien biologisen jakautumisen arvioimiseksi ., Suunnittelu paremmin suunniteltu kudoksia, parantaa ja helpottaa kanssa paremmin seurata solujen fysiologiaan, kuten entsyymi/kofaktorina interaktio, proteiinien ja metaboliittien eritys, solujen käyttäytymistä, ja ion liikenne. Nanosensoreita mahdollisesti hyödynnetään, jotta muokattujen kudosten suorituskykyä voidaan seurata jatkuvasti. Hiilinanoputkien läsnä lukuisia suosittuja ominaisuuksia, jotka tekevät niistä ihanteellisia elementtejä nanosensors mukaan lukien niiden suuri pinta-ala ja kapasiteetti ajokieltoon DNA: ta tai muita proteiineja, ja sähköiset ominaisuudet., Hiilinanoputken on ainutlaatuinen elektroniset rakenteet, jotka kuin hiilinanoputken sähkökemiallinen anturi todennäköisyys tekee yksinkertaisempi tutkimuksen redox-aktiivisia proteiineja ja aminohappoja, jolloin solu seuranta muokatuista kudoksista. Eräässä tutkimuksessa, MWNTs olivat konjugoituu platinum mikropartikkeleita ja pystyivät aistimaan tiolit mukaan lukien aminohapot, kuten glutationi ja L-kysteiini rotan .
solumatriisilla on tärkeä rooli kudostekniikassa., Kun hyväksytty synteettiset polymeerit, esimerkiksi PLGA ja PLA on työskennellyt kudosteknologian, heiltä puuttuu tarvittava mekaaninen lujuus ja ei voi yksinkertaisesti olla functionalized ristiriidassa hiilinanoputket, jotka voidaan vapaaehtoisesti functionalized. Näin hiilinanoputkien on mahdollista käyttää, koska kudoksen tukirunkoja ja voi tarjota tarvittava rakenteellinen vahvistaminen, mutta suurin haitta hiilinanoputkia on, että ne eivät ole biohajoavia., Yhdistelmä polymeeri liuottamalla haluttu osa hiilinanoputkien osaksi polymeeri, merkittäviä parannuksia mekaaninen lujuus komposiitti on havaittu. MWNTs yhdistettynä kitosaani kuvitettu merkittävä edistysaskel mekaaniset ominaisuudet verrattuna vain kitosaani . SWNT-sekoitettu kollageeni parantaa sileää lihassolujen kasvua .
syöpäsolujen tunnistaminen
Nanodevices syntyy, että on mahdollisuuksia kehittää syöpä, havaitseminen ja diagnoosi., Nanorakenteita voi olla niin pieni (alle 100 nm), että keho mahdollisesti tyhjentää ne liian nopeasti, ne voivat olla tehokas imaging tai havaitsemista ja niin voi tulla soluja ja soluelimiin sisällä ne ovat vuorovaikutuksessa DNA: ta ja proteiineja. Castillo ym. käyttämällä peptidi nanoputkien-foolihappo muuttaa grafeenin elektrodi, parantaa havaitseminen ihmisen kohdunkaulan syövän solut ilmentävät folaatin reseptorit .,
Koska suuri määrä syöpiä ovat oireettomia koko niiden varhaisessa vaiheessa ja eri morfologisia muutoksia ovat poissa suurin osa neoplastisia häiriöt varhaisessa vaiheessa, näin ollen perinteinen kliininen syövän kuvantaminen menetelmiä, esimerkiksi, X-ray, CT, ja MRI, älä hankkia riittävä spatiaalinen resoluutio havaitseminen taudin varhaisessa vaiheessa. Imaging tutkimukset SWCNTs ovat menestyneet viime vuosina. Hong ym., arvioi molecular imaging kanssa Swnt ja arvioida yhdistetyn Gd3 + -functionalized SWCNTs, kun sitä sovelletaan MK, ja korkea tarkkuus ja hyvä kudoksen levinneisyys saavutettiin.
Yhdistelmä radioisotooppien merkitty SWCNTs kanssa radionuklidien perustuu kuvantamismenetelmät (PET ja SPECT) voi parantaa kudoksen tunkeutuminen, herkkyys, ja keskipitkän resoluutio.,
On monia ominaisuus proteiinia biomarkkereita, jotka ovat usein yli-ilmennetään syöpäsoluissa, ja ne tarjoavat avaa portin varhainen diagnoosi, ennuste, säilyttäen valvonta seuraavat parantava leikkaus -, seuranta-hoito tauti on edennyt pitkälle, ja hoitojen hoitovasteen., Monia tärkeitä kasvainmerkkiaineet ovat olleet laajasti sovellettu ja käytetty diagnoosi hepatosellulaarinen syöpä, peräsuolen syöpä, haimasyöpä, eturauhasen syöpiä, epiteelin munasarjojen kasvain, kuten hiilihydraatteja 19-9 antigeeni (CA19-9), alfafetoproteiini (AFP), carcinoembryonic antigeeni (CEA), syöpä antigeeni 125 (CA125), koriongonadotropiinia (hCG) ja eturauhasen-spesifisen antigeenin (PSA). Osa CNT-pohjaisilla tunnistusjärjestelmillä havaituista syöpäbiomarkereista on koottu taulukkoon 5.,
Drug and gene delivery by Hiilinanoputket
On olemassa monia esteitä perinteisillä hallinnon kemoterapia-aineiden, kuten puute valikoivuus, systeeminen myrkyllisyys, huono jakaminen solut, rajoitettu liukoisuus, kyvyttömyys lääkkeitä rajat solujen esteet, ja puute kliinistä menettelyt voittaa monelle vastustuskykyisten (MDR) syöpä ., Tutkijat ovat ottaneet käyttöön laajan valikoiman erilaisia lääkkeenantojärjestelmiä voittaa nämä ongelmat, kuten polymeerit, nanopartikkelit piidioksidin, quantum pisteitä, emulsiot, dendrimers, liposomit, molekyylien konjugaatteja, ja misellit . Kuten edellä on mainittu, Hiilinanoputket ovat ainutlaatuisia ominaisuuksia, kuten ultrahigh pinta-ala, jotka tekevät niistä niin lupaavia toimitus lääkkeiden, peptidien ja nukleiinihappojen (Taulukko 6)., Tiettyä lääkettä tai geeni, voi olla integroitu seinät ja vinkkejä Hiilinanoputket ja tunnistaa syövän-tiettyihin reseptoreihin solun pinnalla, näillä keinoin Hiilinanoputket voivat ylittää nisäkkäiden solun kalvo endosytoosin tai muita mekanismeja ja kuljettaa lääkeaineet tai geenejä enemmän turvallisesti ja tehokkaasti soluihin, jotka ovat aiemmin saavuttamattomissa . Viime aikoina tutkijat ovat kehittäneet uuden ja tehokkaamman SWNT-pohjainen kasvain kohdistetut huumeiden toimitus järjestelmä (DDS), joka koostuu kasvain kohdistaminen ligandien, syöpälääkkeiden, ja functionalized Swnt., Jos tämä järjestelmä on vuorovaikutuksessa syöpäsoluja, niin se voi aiheuttaa reseptori-välitteisen endosytoosin tunnistamalla syöpä-tiettyihin reseptoreihin pinnalla syöpäsoluja ja niin tehokkaasti ja erityisesti julkaisu kemoterapia-aineiden.