الأنابيب النانوية الكربونية صغيرة جدًا. يمكن أن تكون أصغر بمئة ألف مرة من عرض شعرة الإنسان. لكن لديهم إمكانات هائلة.
تشمل المنتجات المصنعة باستخدام الأنابيب النانوية الكربونية حديد التسليح للخرسانة ، والسلع الرياضية ، وتوربينات الرياح ، وبطاريات الليثيوم ، من بين منتجات أخرى.
يمكن أن تمتد الاستخدامات المحتملة للأنابيب النانوية الكربونية لتشمل مجالات متنوعة ، مثل الزراعة والطب الحيوي وعلوم الفضاء.
ولكن مع استخدامنا المزيد من الأنابيب النانوية الكربونية لصنع الأشياء ، فإننا نزيد أيضًا من فرص دخول هذه الأنابيب النانوية إلى بيئات وأنظمة بيئية مختلفة.
يقول يو يانغ ، عضو جمعية علوم التربة الأمريكية: "هذا يجعل من المهم فهم كيفية تصرف الأنابيب النانوية الكربونية في هذه البيئات".
في دراسة جديدة ، وصف يانغ وزملاؤه طريقة لقياس مستويات نوع معين من أنابيب الكربون النانوية في الأنسجة النباتية. تم نشر أبحاثهم مؤخرًا في مجلة الجودة البيئية.
قد تشق الأنابيب النانوية الكربونية طريقها إلى الحقول الزراعية والمنتجات الغذائية. هناك ، يمكن أن تشكل تهديدًا لصحة الإنسان والبيئة.
يقول يانغ: "إن معرفة كيفية قياس الأنابيب النانوية الكربونية في البيئة أمر بالغ الأهمية لفهم مصيرها البيئي وتأثيراتها".
لتقليد الأنابيب النانوية في البيئة ، قام يانغ وزملاؤه بزراعة الخس المائي في وجود الأنابيب النانوية الكربونية. ثم قاموا بتحليل أوراق الخس بحثًا عن آثار للأنابيب النانوية الكربونية.
وجد يانغ أن هذه الطريقة يمكن أن تكشف عن كميات صغيرة من الأنابيب النانوية الكربونية في أوراق وسيقان وجذور نباتات الخس.
يقول يانغ: "لقد طورنا طريقة لمعالجة المشكلة الصعبة المتمثلة في تحديد كمية المواد النانوية الكربونية في البيئة". "يمكن أن تساعد هذه النتائج في توجيه التطبيق المستدام للأنابيب النانوية الكربونية في البيئات الطبيعية."
التحدي في قياس الأنابيب النانوية الكربونية في البيئة هو أنها مصنوعة من الكربون. جميع الكائنات الحية على الأرض - بما في ذلك البشر والنباتات - تحتوي على الكربون كعنصر أساسي في البناء.
كانت المهمة التي واجهها يانغ وزملاؤه هي التمييز بين الكربون في المادة الحية والكربون في الأنابيب النانوية الكربونية.
تسمى طبقة واحدة من ذرات الكربون مرتبة في نمط قرص العسل الجرافين. الأنبوب النانوي الكربوني عبارة عن ورقة من الجرافين ملفوفة في أسطوانة صغيرة.
تسمى الأنابيب النانوية الكربونية المصنوعة من ورقة واحدة من الجرافين بالأنابيب النانوية أحادية الجدار. ينتج عن وضع طبقات متعددة من الأنابيب داخل أنابيب أخرى أنابيب نانوية كربونية متعددة الجدران.
يمكن للعلماء إضافة جزيئات مختلفة إلى الأنابيب النانوية الكربونية. يمكن أن تؤدي إضافة هذه الجزيئات إلى تغيير خصائصها. قد تذوب بسهولة أكبر في المذيبات ، على سبيل المثال.
يقول يانغ: "يمكن استخدام الأنابيب النانوية الكربونية المضاف إليها الجزيئات في تصنيع المركبات النانوية والطب الحيوي والمجسات الكيميائية أو البيولوجية".
في بحث سابق ، حددت مجموعة يانغ كمية الأنابيب النانوية الكربونية متعددة الجدران في النباتات. لكن لم يقم أحد بقياس ما إذا كان هذا النوع من الأنابيب النانوية الكربونية مع جزيء محدد مضاف يدخل النباتات.
استخدم الباحثون تقنية تسمى التحليل الحراري المبرمج. في هذا النهج ، يتم تسخين المواد بطريقة مضبوطة في بيئات مختلفة - لنقل زائد أو ناقص الأكسجين ، على سبيل المثال.
كيف تتفاعل المواد المختلفة مع التسخين في بيئات مختلفة يمكن أن يوفر أدلة كبيرة حول هذه المواد.
وجد يانغ وزملاؤه أنه يمكنهم استخدام التحليل الحراري المبرمج لاكتشاف الكربون في الأنابيب النانوية. باستخدام هذه البيانات ، يمكنهم أيضًا التمييز بين الكربون الموجود في الأنابيب النانوية الكربونية والكربون في النباتات.
هذه هي الدراسة الأولى لقياس مستويات هذا النوع من الأنابيب النانوية الكربونية في النباتات باستخدام التحليل الحراري. يقول يانغ: "هذا أمر بالغ الأهمية لفهم مصير الأنابيب النانوية الكربونية في البيئة وتقدير التعرض البشري المحتمل".
يعمل يانغ الآن على اكتشاف كميات أصغر من الأنابيب النانوية الكربونية في البيئة.
يقول يانغ: "نريد أيضًا أن نحاول قياس الأنابيب النانوية الكربونية مع إضافة جزيئات مختلفة". كما يخطط لتوسيع مواد الاختبار إلى ما وراء نباتات الخس. "نريد اختبار هذا النهج في بيئات مختلفة."
في نهاية المطاف ، الهدف هو تعزيز تطبيق الأنابيب النانوية الكربونية. يقول يانغ: "إن القدرة على قياس الأنابيب النانوية الكربونية بدقة في البيئة يمكن أن تعزز استخدامها المستدام".
# # #
يو يانغ باحث في جامعة نيفادا رينو. تم دعم هذا العمل من قبل مؤسسة العلوم الوطنية.
المصدر: https://bioengineer.org/measuring-carbon-nanotubes-taken-up-by-plants/
