Bevezető
Szén-dioxid -, a kémiai elem atomi száma 6, illetve hat elektronok, amelyek elfoglalják 1 s2, 2 s2, valamint 2p2 atomi pályáról. SP, sp2 vagy sp3 formában hibridizálódhat. A nagyon állandó nanométeres méretű sp2 szénkötésű anyagok , például a grafén , a fullerének és a szén nanocsövek felfedezései arra ösztönöztek, hogy érdeklődjenek ezen a területen., A szén nanocsövek fizikai tulajdonságainak nagy része grafénből származik. A grafénben a szénatomok sűrűn rendeződnek egy szabályos sp2-kötésű atomméretű Méhsejt (hatszögletű) mintában, és ez a minta alapvető szerkezete más sp2 szénkötésű anyagoknak (allotrópoknak), például fulleréneknek és szén nanocsöveknek. A szén nanocső elméletileg elkülönül, mint egy henger, amely hengerelt grafémából készül. Meg lehet osztani egy jól vagy több kutak., Az egykútos nanocsöveket egyfalú szén nanocsöveknek (SWCNTs) nevezik , amelyeket először 1993-ban jelentettek be, míg a többfalú szén nanocsövek (MWCNTs), amelyeket először 1991-ben fedeztek fel Iijima (1.ábra).
SWCNT és MWCNT sematikus szerkezete és sematikus képei. A) az SWCNT és B) az MWCNT sematikus szerkezete. A (C) SWCNT és (D) MWCNT transzmissziós elektronmikroszkóp (TEM) képei .,
Szén nanocsövek: szerkezete, tulajdonságai
Szén bond különböző módon építeni szerkezetek teljesen más tulajdonságokkal. Az sp2 hibridizáció a szén-épít egy réteges építési gyenge out-of-plane kötés a van der Waals-forma, erős a gép határait. Néhány – néhány tíz koncentrikus henger a rendszeres időszakos közbenső réteg távolság keresse körül rendes központi üreges készült MWCNTs. A többfalú nanocső képek valós térbeli elemzése közbenső rétegek közötti távolságot mutatott (0,34-0.,39 nm).
a rétegek számától függően az MWCNTs belső átmérője 0,4 nm-től néhány nanométerig terjed, a külső átmérő pedig 2 nm-től 20-30 nm-ig változik. Az MWCNT mindkét csúcsa általában zárt, a végeket kupola alakú fél-fullerén molekulák (ötszögletű hibák) fedik le, az axiális méret pedig 1 µm-től néhány centiméterig terjed. A félig fullerén molekulák szerepe (ötszögletű gyűrűhiba) segít a cső lezárásában a két végén.
másrészt az SWCNT átmérői 0-tól különböznek.,4-2-3 nm, hosszuk jellemzően a mikrométer tartományba esik. SWCNTs általában jön össze alkotnak kötegek (kötelek). Egy kötegszerkezetben az Swcnt-K hatszögletűek, hogy kristályszerű szerkezetet képezzenek .
MWCNT és SWCNT szerkezet
a henger alakú csomagolástól függően az Swcnt-k három különböző formája létezik, mint például a karosszék, a királis és a cikcakk (2b ábra). Az SWCNT szerkezetét olyan indexek (n, m) jellemzik, amelyek leírják a királis vektort, és közvetlenül befolyásolják a nanocsövek elektromos tulajdonságait., A grafén Méhsejt kristályrácsában lévő egységvektorok számát két irány mentén az n és m egészek határozzák meg. általános véleményként, amikor m = 0, a nanocsöveket cikcakk nanocsöveknek nevezik; amikor n = m, a nanocsöveket fotel nanocsöveknek nevezik,más állapotot pedig királisnak.
az Swnt-k különböző formái. (A) A C királis vektor meghatározza a cső átmérőjét is. B) három atomikusan tökéletes SWCNT szerkezet modellje .,
a királis vektor C = na1 + ma2 (A1 és A2 a grafit alapcellás vektorai) szintén meghatározza a D csőátmérőt, és ez a vektor megállapítja a grafénlemez gördülési irányát (2a.ábra). Ezért a széncső átmérőjét
ahol a = 1,42× 3 Å megfelel a grafitlemez rácsállandójának.,
Ha n-m a 3 többszöröse, akkor a nanocsöveket “fémes” vagy erősen vezető nanocsövekként írják le, és ha nem, akkor a nanocső félmagas vagy félvezető.
a karosszék formája mindig fémes, míg más formák a nanocsöveket félvezetővé tehetik.
számos paraméter és vektor hatással lehet A nanocsőszerkezetekre, például a következőkre:
A többsávos szén nanocsövek két szerkezeti modellben alakíthatók ki: Orosz Babamodell és Pergamen modell., Ha egy szén nanocső egy másik nanocsövet tartalmaz benne, a külső nanocső nagyobb átmérőjű, mint a vékonyabb nanocső, akkor az orosz baba modellnek nevezik. Másrészt, ha egy grafén lap köré önmagában sokrétű alkalommal, ugyanaz, mint egy feltekercselt tekercs papír, ez az úgynevezett pergamen modell. Az MWCNTs és az SWCNTs hasonló tulajdonságokkal rendelkezik., Az MWCNTs többrétegű jellege miatt a külső falak nemcsak megvédhetik a belső szén nanocsöveket a külső anyagokkal való kémiai kölcsönhatásoktól, hanem nagy szakítószilárdságú tulajdonságokkal is rendelkeznek, amelyek nem léteznek SWCNTs-ben (vagy részben léteznek) (1.táblázat).
mivel a szén nanocsövek sp2-kötéssel rendelkeznek az egyes szénatomok között, nagyobb szakítószilárdsággal rendelkeznek, mint az acél és a kevlár., Ez a kötés még erősebb, mint a gyémántban található sp3 kötés. Elméletileg az SWCNTs valóban szakítószilárdsága több százszor erősebb, mint az acél.
a szén nanocsövek másik csodálatos tulajdonsága a rugalmasság is., Nagy erő és nyomja ül, és ha ki van téve a nagy axiális nyomóerő, akkor hajlítsa, csavarja, törje, és végül csat károsítása nélkül a nanocső, és a nanocső visszatér az eredeti szerkezet, de rugalmasságát nanocsövek van egy határ, és alatt nagyon fizikailag erős erők prések, lehetséges, hogy átmenetileg deformálódik, hogy alakja egy nanocső. A nanocső szerkezetének néhány hibája gyengítheti a nanocső erejét, például az atomi üresedések hibáit vagy a szénkötések átrendeződését.,
a rugalmasságot mind az egy -, mind a többszálú nanocsövekben rugalmas modulus vagy rugalmassági modulus határozza meg . A többfalú nanocsövek (MWNTs) rugalmassági modulusát transzmissziós elektronmikroszkópokkal (TEM) elemezzük. A TEM mérést alkalmazó tudósok megvizsgálják a csövek mindkét végén a termikus rezgéseket. A szén nanocsövekben lévő atomkötések szilárdsága miatt nemcsak ellenállnak a magas hőmérsékleteknek, hanem nagyon jó hővezetőknek is kimutatták. Normál körülmények között akár 750°C-ot, vákuumos légköri nyomáson pedig 2800°C-ot is kibírnak., A csövek hőmérséklete, valamint a külső környezet befolyásolhatja a szén nanocsövek hővezető képességét . A szén nanocsövek főbb fizikai tulajdonságait a 2. táblázat foglalja össze.
Szintézis
több technikákat fejlesztettek ki, hogy gyártani CNT szerkezetek, amelyek elsősorban magában a gáz fázis folyamatok., A CNT-k előállításához általában három eljárást alkalmaznak: (1) a kémiai gőzfázisú leválasztás (CVD) technikáját , (2) a lézer-ablációs technikát , és (3) a szén-ív-kisülési technikát (3.táblázat)., Magas hőmérsékleten a készítmény technikák, például a lézeres abláció, vagy arc-mentesítés először használták szintetizálni CNTs, de jelenleg ezek a technikák átvette az alacsony hőmérséklet, kémiai gőzfázisú leválasztás (CVD) módszerek (<800°C), mivel a nanocső hossza, átmérője, igazítás, tisztaság, sűrűség, illetve tájékozódás CNTs lehet pontosan szabályozott, az alacsony hőmérséklet, kémiai gőzfázisú leválasztás (CVD) módszerek .,
elektromos ívkisülés
ívkisülés technika magasabb hőmérsékletet (1700°C felett) alkalmaz a CNT szintézishez, ami általában a tágulási folyamatot okozza. más módszerekhez képest kevesebb szerkezeti hibával rendelkező CNT-k esetében., A leggyakrabban használt módszerek ívkisülést alkalmaznak a nagy tisztaságú grafit (6-10 mm optikai sűrűségű (OD)) elektródák között, általában 6-12 mm átmérőjű vízhűtéses elektródák, amelyeket 1-2 mm-rel elválasztanak egy héliummal töltött kamrában (500 torr) szubatmoszférikus nyomáson (a hélium helyettesíthető hidrogénnel vagy metán atmoszférával) . A kamra grafitkatódot és anódot, valamint elpárolgott szénmolekulákat és bizonyos mennyiségű fém katalizátor részecskéket (például kobaltot, nikkelt és/vagy vasat) tartalmaz., Közvetlen áram halad át a kerékdőlés (ami a folyamat), illetve a kamrában a nyomás, valamint fűtött, hogy körülbelül 4000 K. során ezt az eljárást, illetve, ami mintegy fele az elpárolgott szén-megszilárdul a katód (negatív elektróda) borravalót, de letét képezi, amelynek mértéke 1 mm/min, amely az úgynevezett ‘hengeres, kemény betét vagy szivar-mint-szerkezet’, míg az anód (pozitív elektróda) fogyasztják. A fennmaradó szén (keményszürke héj) a periférián lerakódott, és a kamra falainak közelében lévő “kamrai koromba”, a katódon pedig “katód koromba” kondenzálódik., A belső mag, a katód korom és a kamra korom, amelyek sötét és puha, hozam akár egyfalú vagy többrétegű szén nanocsövek és beágyazott poliéderes grafén részecskék. A letapogató elektronmikroszkópia (SEM) segítségével két különböző textúra és morfológia figyelhető meg a katódbetét tanulmányozásakor; a sötét és lágy belső maglerakódások kötegszerű szerkezetekből állnak, amelyek véletlenszerűen elrendezett nanocsöveket és a szürke külső héjat tartalmaznak, amelyek ívelt és szilárd grafémrétegekből állnak.,
az arc mentesítés lerakódás, szintézise CNTs, két fő különböző módja van: a szintézis, a különböző katalizátor prekurzor nélkül használja a katalizátor prekurzor. Általában szintézise MWNTs lehet tenni anélkül, hogy használja a katalizátor prekurzor de szintézise egyetlen fal nanocsövek (SWNTs) hasznosítja különböző katalizátor prekurzor, valamint terjeszkedés arc mentesítés, hasznosítja egy komplex anód, amely, mint egy összetétele, grafit, fém, például, Gd , Co, Ni, Fe, Ag, Pt, Pd, stb.,, vagy a Co, Ni és Fe keverékei más elemekkel, mint a Co-Pt , Co-Ru, ni-Y, Fe-Ni, Co-Ni, Co-Cu, Ni-Cu, Fe-No, Ni-Ti, Ni-Y stb. Tanulmányok kimutatták, hogy a ni-y-grafit keverékek magas hozamot eredményezhetnek (<90%) az SWNTs-ből (átlagos átmérő 1,4 nm) , és manapság ezt a keveréket világszerte használják az SWNTs magas hozamú létrehozásához. Az ívkisüléses technika fő előnye a nagy mennyiségű nanocsövek előállításának képessége és lehetősége. Másrészt ennek a módszernek a fő hátránya viszonylag kevés ellenőrzés az igazítás felett (azaz,, chirality) a létrehozott nanocsövek, ami fontos a jellemzése, szerepe. Ezenkívül a reakcióhoz szükséges fémes katalizátor miatt elengedhetetlen a kapott termékek tisztítása.
lézeres ablációs módszer
nagy teljesítményű lézeres párologtatás (YAG típus) alkalmazásával egy kvarccsövet, amely tiszta grafit blokkot tartalmaz, 1200 ± C hőmérsékleten melegítik egy kemencében, Ar légkörben . A lézer használatának célja a grafit elpárologtatása a kvarcon belül., Amint arról a szintézis SWNT segítségével ívkisüléses módszerrel, generálására SWNTs, a lézeres technika hozzáadásával fémrészecskék katalizátorként a grafit célok szükséges. Tanulmányok kimutatták, hogy a nanocsövek átmérője a lézer teljesítményétől függ. A lézerimpulzus teljesítményének növelésével a csövek átmérője vékonyabbá vált . Más vizsgálatok kimutatták, hogy az ultragyors (szubpikoszekundumos) lézerimpulzusok képesek nagy mennyiségű Swnt-t létrehozni . A szerzők kiderítették, hogy most ígéretes, hogy akár 1-et is létrehoz.,5 g/h nanocső anyag lézeres technikával.
Sok paraméter befolyásolja a tulajdonságait CNTs szintetizálták a lézeres abláció módszer, mint például a szerkezeti kémiai összetétele a cél anyag, a lézer tulajdonságok (csúcsteljesítmény, cw ellen impulzus, energia fluence, rezgés hullámhossza, illetve ismétlődő arány), áramlás, nyomás, a puffer gáz, a kamrában a nyomás, valamint a kémiai összetétel, a távolságot, a cél pedig a hordozók, illetve a környezeti hőmérséklet. Ez a módszer nagy tisztaságú és kiváló minőségű Swnt-k előállítására is alkalmas., A lézeres ablációs módszer elvei és mechanizmusai hasonlóak az ívkisüléses technikához, de ebben a módszerben a szükséges energiát egy lézer biztosítja, amely katalizátor anyagokat (gyakran kobaltot vagy nikkelt) tartalmazó tiszta grafit pelletet talál.
ennek a technikának a fő előnyei a viszonylag magas hozam és a viszonylag alacsony fémes szennyeződések, mivel az érintett fématomok hajlamosak elpárologni a cső végéről, ha bezárják., Másrészt a fő hátrány az, hogy az ebből a technikából nyert nanocsövek nem feltétlenül egyenesek, hanem tartalmaznak valamilyen elágazást.
Sajnos a lézeres abláció módszer gazdaságilag nem előnyös, mert az eljárás magában foglalja nagy tisztaságú grafit rúd, a lézer szükséges hatáskört, nagy (néhány esetben két lézer szükséges), majd a mennyiség a nanocsövek, hogy lehet szintetizált per nap nem olyan magas, mint arc-mentesítés technika.,
kémiai gőz lerakódás
a szén nanocsövek előállításának egyik szokásos módszere a kémiai gőzlerakódás vagy a CVD. Sok különböző típusú CVD, mint a katalitikus kémiai gőz lerakódás—CCVD)-akár termikus vagy plazma fokozott (PE) oxigén támogatott CVD , víz segített CVD , mikrohullámú plazma (MPECVD), rádiófrekvenciás CVD (RF-CVD), vagy forró izzószál (hfcvd). De a katalitikus kémiai gőzlerakódás (CCVD) jelenleg a szén nanocsövek szintézisének standard technikája.,
Ez a technika lehetővé teszi a CNT-k számára, hogy különböző anyagokra terjeszkedjenek, és magában foglalja egy szénhidrogén kémiai lebontását egy szubsztrátumon. A szén nanocsövek termesztésének fő folyamata ebben a módszerben ugyanúgy, mint az ívkisüléses módszer, izgalmas szénatomok is, amelyek érintkeznek a fém katalizátor részecskékkel.
minden szándék és cél tekintetében a csöveket szilíciumba fúrják, és az alján vas nanorészecskékkel is beültetik. Ezt követően egy szénhidrogént, például acetilént hevítünk és lebomlunk a hordozóra., Mivel a szén képes kapcsolatba lépni a lyukakba beültetett fémrészecskékkel, nanocsöveket hoz létre, amelyek az alagút alakjából “sablonok”. Ezeknek a tulajdonságoknak a felhasználásával a szén nanocsövek nagyon jól illeszkednek egymáshoz, nagyon hosszúak, az alagút szögében. A CVD-feldolgozás során egy fém katalizátorrészecske – réteg előkészíti és feldolgozza a hordozót körülbelül 700°C-on .leggyakrabban a fém katalizátor részecskék nikkel, kobalt, vas vagy ezek kombinációja., A fém nanorészecskék katalizátortartóval, például MgO-val vagy Al2O3-mal történő kombinációjának célja a tiszta szén fémrészecskékkel történő katalitikus reakciójának nagyobb mellékterméke felületének fejlesztése. A nanocső expanzió első lépésében kétféle gáz táplálja a reaktort (a legszélesebb körben használt reaktor fluidizált ágyreaktor ): széntartalmú gáz (például etilén, acetilén, metán vagy etanol) és folyamatgáz (például nitrogén, hidrogén vagy ammónia)., A katalizátor részecske felületén a széntartalmú gáz szétesik, így a szén láthatóvá vált a nanorészecske szélein, ahol a nanocsövek képesek előállítani. Ez a mechanizmus még mindig vita alatt áll . Tanulmányok kimutatták, hogy a hagyományosan elfogadott modellek az alapnövekedés és a csúcsnövekedés . A szubsztrát és a katalizátor részecske közötti tapadástól és kötődéstől függően a katalizátorrészecskék a növekedés és a tágulás során a nanocső alján vagy a nanocsövekben maradhatnak .,
a lézeres ablációval összehasonlítva a CCVD gazdaságilag praktikus módszer a nagyléptékű és teljesen tiszta CNT gyártáshoz, így a CVD fontos előnye a nagy tisztaságú anyag és a reakciófolyam egyszerű vezérlése .
nanocső Tisztítás
a szén nanocső szintézis technikájától függően számos különböző módszer és eljárás létezik a tisztításra., Minden tisztítási folyamat során a következő főbb lépések: törlését nagy grafit részecskék összesítései a szűrés, felbomlása, a megfelelő oldószerek, hogy megszüntesse a katalizátor szemcsék (tömény savak, mint oldószer), valamint fullerenes (szerves oldószerek), valamint microfiltrations, valamint kromatográfiás méret különválás, majd távolítsa el az amorf szén klaszterek . Az ívkisüléses technikákkal előállított Mwnt-k tisztítása oxidációs technikák alkalmazásával végezhető el, amelyek elválaszthatják a mwnt-ket a poliéder grafitszerű részecskéktől .,
A fő hátránya ennek a módszernek, alacsony tisztaságú, magas elpusztítása mértéke a kiindulási anyagok (95%), valamint a magas reaktivitás, a fennmaradó nanocsövek végén folyamat miatt megléte lógó kötések (kielégítetlen valence), illetve megszüntetése ilyen lógó kötések van szükség, hogy a magas hőmérsékleten történő hőkezelés (a 2800 ± C).
a CNTs elválasztására szolgáló roncsolásmentes módszerek a csövek/részecskék jól diszpergált kolloid szuszpenzióit olyan anyagokkal elválasztják, amelyek megakadályozzák az aggregációt, például felületaktív anyagokat, polimereket vagy más kolloid részecskéket ., A másik módszer, mint a méret kizárása nanocsövek használ méret kizárás kromatográfia és porózus szűrők, valamint ultrahanggal segített mikrofiltráció, amely tisztítja SWNTs származó amorf szén és katalitikus részecskék .
tanulmányok kimutatták, hogy az Swnt-ket salétromsavban vagy fluorsav-vizes oldatokban forrázzák az Swnt-k tisztítására és az amorf szén-és fémrészecskék eltávolítására, mint hatékony és egyszerű technikát.,
a széncsövek tisztítására a tudós inkább a nanocsövek szonikációját használja különböző közegekben, majd az SWNT anyag termikus oxidációját (470°C-on), valamint sósavkezeléseket . A nem kielégítő széntartalmú részecskék oxidálásának másik módja az arany klaszterek (OD 20 nm) használata, valamint az SWNTs termikus oxidációja 350°C-on .
Huang et al., a félvezetők és a fémes Swnt-K szétválasztásának új módját kell bevezetni a DNS-diszpergált szén nanocsövek (DNS-SWNT) méretkizárási kromatográfiájának (SEC) alkalmazásával, amelyek a legnagyobb felbontási hosszúságú válogatással rendelkeznek . A sűrűség-gradiens ultracentrifugációt az SWNT átmérőn alapuló elválasztására használták . Az ioncserélő kromatográfia (IEC) és a DNS-SWNT (IEC-DNS-SWNT) kombinációját is alkalmazták az egyes chiralitások tisztítására. Ebben a folyamatban speciális rövid DNS-oligomerek használhatók az egyes SWNT-chiralities elválasztására., A tudósok fluorozási és brómozási folyamatokat, valamint az MWNT és SWNT anyagok savkezelését alkalmazták azzal a céllal, hogy bizonyos szerves oldószerekben az anyagokat egyenletesen megtisztítsák, darabolják és felfüggesztsék .
Mint a fent tárgyalt, attól függően, hogy nanocső szintézis utat, sok különböző módszereket tisztítására szén nanocsövek, ezért létezését módszerek, amelyek egyetlen lépésben folyamatok, valamint nem érinti a tulajdonságok a szén-nanocső termékek elengedhetetlen a termelő tiszta nanocsövek meg kell összpontosítani a jövőben.,
Orvosbiológiai alkalmazások
a nanocsövek tulajdonságai minden bizonnyal csodálatosak; az elmúlt néhány évben számos tanulmány javasolta a CNTs lehetséges alkalmazását, és számtalan olyan alkalmazást mutattak be, amelyek ígéretesek lehetnek, ha ezeket az újonnan meghatározott anyagokat tipikus termékekkel kombinálják . Nanoródák gyártása CNT-kkel reagáló sablonok formájában .
a nanocsövekre vonatkozó alkalmazások számos területet és tudományágat ölelnek fel, mint például az orvostudomány, a nanotechnológia, a gyártás, az építőipar, az elektronika stb., A következő alkalmazás megjegyezhető: nagy szilárdságú kompozitok , működtetők , energiatároló és energiaátalakító eszközök , nanoszondák és érzékelők , hidrogéntároló közegek , elektronikus eszközök és katalízis . A következő szakaszok azonban kizárólag a CNT-k meglévő alkalmazásait részletezik az orvosbiológiai iparban. A szén nanocsövek biológiai és Orvosbiológiai környezetben történő alkalmazása előtt három akadályt kell leküzdeni: a funkcionalizációt, a farmakológiát és a CNTs toxicitását., Az egyik fő hátránya a szén nanocsövek hiánya oldhatóság vizes közegben, valamint, hogy ezt a problémát megoldják, a tudósok már módosítása a felszínen CNTs, azaz fictionalization különböző hidrofil molekulák kémiai folyamatokat, amelyek javítják a víz oldhatóság, valamint biokompatibilitás a CNT .
egy Másik akadály a szén nanocső a biológiai, illetve farmakokinetikáját nanorészecskék, amely érinti számos fizikai-kémiai jellemzői, mint a forma, méret, kémiai összetétel, összesítés, oldhatóság felület, valamint fictionalization., Tanulmányok kimutatták, hogy a vízben oldódó CNT-k biokompatibilisek a testnedvekkel, és nem okoznak toxikus mellékhatásokat vagy mortalitást.
egy másik fontos akadály a CNTs toxicitása. A nanorészecskék káros hatásaiért általában a nagy felület és a felület belső toxicitása felelős.
a CNTs toxicitását befolyásolhatja a nanocsövek mérete., A 100 nm alatti részecskék potenciális káros tulajdonságokkal rendelkeznek, mint például a tüdőre gyakorolt potenciális toxicitás, a normál fagocitikus védekezésből való menekülés, a fehérjeszerkezet módosítása, a gyulladásos és immunológiai válaszok aktiválása, valamint a lerakódás helyéről történő potenciális újraelosztás.
mesterséges implantátumok
a nanoanyagok vonzó kémiai és fizikai tulajdonságaik miatt valószínűséget és ígéretet mutatnak a regeneratív gyógyászatban ., Általában az implantátumok elutasítása a posztadminisztrációs fájdalommal, és ennek elkerülése érdekében a nanocsövek fehérjékhez és aminosavakhoz való kötődése ígéretes. A szén nanocsövek, mind egy, mind több WNT, implantátumként alkalmazhatók mesterséges ízületek és egyéb implantátumok formájában, gazdaszervezet elutasítási válasz nélkül. Ezen túlmenően, az olyan egyedi tulajdonságok miatt, mint a nagy szakítószilárdság, a CNT-k csontpótlóként és implantátumként is működhetnek, ha kalciummal vannak feltöltve és a csontszerkezetben formázva/elrendezve .,
megvizsgálták, hogy az SWCNT és az MWCNT kompozitok esetén a sejtes tapadás és proliferáció fokozódhat-e, ezért ezeket a nanocsöveket természetes és szintetikus anyagokba integrálták nanokompozitok előállítására. Néhány nanocső alkalmazást mesterséges implantátumként a 4. táblázat foglal össze.,
Tissue engineering
A cél tissue engineering az, hogy helyettesítse a sérült vagy beteg szövetek a biológiai helyettesei, hogy lehet, javítása, megőrzése normális, eredeti funkció. Jelentős előrelépések történtek az anyagtudomány és a mérnöki tudományok területén a szövetregeneratív orvostudomány és a gépészet ígéretes fejlődésében., A szén nanocsövek négy területen használhatók szövetmérnöki célokra: a sejtek viselkedésének érzékelése, a sejtek nyomon követése és címkézése, a szövet mátrixok fokozása, valamint a sejtek viselkedésének fokozása . A sejtkövetés és címkézés a beültetett sejtek nyomon követésének és a szövetképződés javulásának in vivo és nem invazív megfigyelésének képessége. A beültetett sejtek címkézése nemcsak megkönnyíti a mesterséges szövet életképességének értékelését, hanem segíti és megkönnyíti az átültetett sejtek biológiai eloszlásának, migrációjának, áthelyezésének és mozgási útjainak megértését., A hagyományos módszerek-mint például az áramlási citometria-használatának időigénye és kihívása miatt a nem invazív módszerek egyre népszerűbbek. Látható, hogy a szén nanocsövek a mágneses rezonancia, az optikai és a radiotracer módozatok képalkotó kontrasztanyagaként is megvalósíthatók.
a szén nanocsövek egy másik fontos alkalmazása a szövettervezésben a biodisztribúció mérésének lehetősége, valamint a gamma-szcintigráfia radiotracerjeivel is módosítható. Singh et al. kötött SWNTs a . BALB/C egerekben a nanocsövek biodisztribúciójának értékelése céljából., A jobban megtervezett szövetek kialakítása fokozza és elősegíti a sejtek fiziológiájának jobb monitorozását, mint például az enzim / kofaktor kölcsönhatások, a fehérje-és metabolitszekréció, a sejtek viselkedése és az ionszállítás. A nanoszenzorokat valószínűleg felhasználják a mesterséges szövetek teljesítményének folyamatos ellenőrzésére. A szén nanocsövek jelen számos népszerű jellemzője, hogy nekik ideális elemek nanosensors beleértve a nagy felületű, mind a kapacitás, hogy mozgásképtelenné DNS-t, vagy más fehérjék, valamint elektromos tulajdonságai., A szén nanocső egyedi elektronikus szerkezettel rendelkezik, amely szén nanocső elektrokémiai érzékelőként egyszerűbbé teszi a redox-aktív fehérjék és aminosavak vizsgálatát, lehetővé téve a sejtek megfigyelését a mesterséges szövetekben. Az egyik vizsgálatban az MWNTs-t platina mikrorészecskékkel konjugálták, és patkányokban tiolokat, köztük aminosavakat, például glutationot és L-ciszteint is érzékeltek .
a sejtek mátrixa fontos szerepet játszik a szövettervezésben., Miközben elfogadott a szintetikus polimerek, például PLGA, valamint PLA töltötték be a tissue engineering, nincsenek meg a szükséges mechanikai erő, nem lehet egyszerűen illetve aktiválhatóak az ellentmondás, hogy a szén nanocsövek, amely önként, illetve aktiválhatóak. Így a szén nanocsövek szövetállványként használhatók, és képesek biztosítani a szükséges szerkezeti megerősítést, de a szén nanocsövek fő hátránya, hogy nem biológiailag lebonthatók., A polimer kombinációja a szén nanocsövek kívánt részének polimerré történő feloldásával jelentős javulást észleltek a kompozit mechanikai szilárdságában. MWNTs kombinált kitozán illusztrált jelentős előrelépés mechanikai tulajdonságok képest csak kitozán . Az SWNT kevert kollagén javítja a simaizomsejtek növekedését .
Ráksejtazonosítás
olyan Nanodevices jönnek létre, amelyek rákkezelést, kimutatást és diagnózist eredményezhetnek., A nanostruktúrák olyan kicsiek (kevesebb, mint 100 nm) lehetnek, hogy a test esetleg túl gyorsan tisztítja őket ahhoz, hogy hatékonyan képesek legyenek képalkotni vagy kimutatni, így beléphetnek a sejtekbe és a bennük lévő organellákba, hogy kölcsönhatásba lépjenek a DNS-sel és a fehérjékkel. Castillo et al., segítségével egy peptid nanocső-folsav módosított grafén elektróda, javítja kimutatására emberi méhnyakrák sejtek túlexpresszáló folát receptorok .,
Mivel a nagy mennyiségű rák tünetmentes, egész a korai szakaszban, valamint különböző morfológiai módosítások jelen, a többség a daganatos betegségek a korai szakaszban, következésképpen a hagyományos klinikai rák képalkotó módszerek, például röntgen -, CT -, illetve MR-t, nem szereznek megfelelő térbeli felbontás felismerése a betegség korai szakaszában. Az SWCNTs-szel végzett képalkotó vizsgálatok az elmúlt években virágoztak. Hong et al., a molekuláris képalkotást SWNTs-vel értékeltük, és az MRI-re alkalmazva a kombinált Gd3 + -funkcionalizált Swcnt-ket értékeltük, valamint nagy felbontású és jó szöveti penetrációt értünk el.
az Swcnt-kkel jelölt radioizotópok radionuklid alapú képalkotó technikákkal (PET és SPECT) történő kombinációja javíthatja a szövetek penetrációját, érzékenységét és közepes felbontását.,
számos jellegzetes fehérje biomarkerek, amelyek gyakran túlexpresszálódik a rákos sejtek, és ők biztosítják a nyitó kapu korai diagnózis, prognózis, fenntartása felügyelet után gyógyító műtét, monitoring terápia előrehaladott betegség, és előre terápiás válasz., Számos fontos tumormarkeret széles körben alkalmaztak és alkalmaztak hepatocelluláris karcinóma, colorectalis rák, hasnyálmirigyrák, prosztatarák, epiteliális petefészekrák, például szénhidrát antigén 19-9 (CA19-9), alfa-fetoprotein (AFP), carcinoembryonic antigén (CEA), carcinoma antigén 125 (CA125), humán korion gonadotropin (hCG), és prosztata-specifikus antigén (PSA) diagnosztizálására. A CNT-alapú detektáló rendszerek által kimutatott rákbiomarkerek egy részét az 5.táblázat foglalja össze.,
Kábítószer gén szállítás CNTs
sok akadály Létezik a hagyományos közigazgatás, kemoterápiás szerek, mint a hiánya szelektivitás, szisztémás toxicitás, szegény engedély sejtek között, korlátozott oldhatóság, képtelen gyógyszerek kereszt mobil akadályok, illetve hiánya klinikai eljárások leküzdése multidrug rezisztens (MDR) rák ., A kutatók számos különböző típusú gyógyszeradagoló rendszert vezettek be ezeknek a problémáknak a leküzdésére, mint például polimerek, szilícium-dioxid nanorészecskék, kvantumpontok, emulziók, dendrimerek, liposzómák, molekuláris konjugátumok és micellák . Mint már említettük, a CNT-k olyan egyedi tulajdonságokkal rendelkeznek, mint például az ultramagas felület, amelyek ígéretes potenciált jelentenek gyógyszerek, peptidek és nukleinsavak szállítására (6.táblázat)., Az adott gyógyszer vagy gén lehet integrálni, hogy a falak, tippek a CNTs felismeri a rákos-specifikus receptorok a sejt felszínén, ezek azt jelenti, CNTs lehet átkelni a emlős sejt membrán által endocytosis vagy más mechanizmusok vinni a terápiás gyógyszerek, vagy a gének több biztonságosan, hatékonyan, a sejtek, amelyek korábban elérhetetlenek . Újabban, a kutatók kifejlesztettek egy új, hatékonyabb SWNT-alapú tumor-célzott gyógyszeradagoló rendszert (DDS), amely tumorcélzó ligandumokból, rákellenes gyógyszerekből és funkcionalizált SWNTs-ből áll., Ha ez a rendszer kölcsönhatásba lép a rákos sejtekkel, akkor receptor-mediált endocitózist indukálhat a rákos sejtek felszínén található rákspecifikus receptorok felismerésével, így hatékonyan és specifikusan felszabadítja a kemoterápiás szereket.