انواع نانو لوله‌های کربنی

کربن یکی از عناصر فراوان در طبیعت است. خواص شیمیایی و فیزیک این عنصر همواره مورد توجه بوده و در سال‌های اخیر با توسعه فناوری نانو توجه ویژه‌ای به آن می‌شود. در کلی‌ترین دسته‌بندی چهار نوع ساختار برای قرار گرفتن اتم‌های کربن کنار هم کشف شده است که عبارتند از: گرافیت (گرافیت نا‌خالص در مغز مداد استفاده می‌شود)، الماس (کاربرد‌های بسیاری دارد از جمله برای برش شیشه استفاده می‌شود)، نانولوله‌های کربنی و باکی‌بال‌ (این دو ترکیب مربوط به فناوری نانو هستند از جمله خواص آنها استحکام و هدایت الکتریکی بسیار بالا و وزن بسیار کم).

اتم‌های کربن چهار ظرفیتی هستند و در ساختار ایده‌آل که فقط از اتم‌های کربن ساخته شده، کنار هم قرار میگیرند و ساختار شش ضلعی مانند تصویر زیر ایجاد می‌کنند. پیوند بین اتم‌های کربن در این ساختار کوالانسی است. این ساختار ورقه‌ای با نام «لایه‌ی گرافیت» شناخته می‌شود.

این لایه‌های گرافیتی با پیوندهای واندروالسی طولانی‌تری نسبت به پیوند‌های کوالانسی فوق به هم قفل شده‌اند. علت نرمی گرافیت دقیقاً به هم دلیل است و در واقع مغز مداد از لایه‌های گرافیت ساخته شده و با کشیده شدن ساختار آن روی کاغذ (سطح زبر) این لایه‌ها از هم جرا شده و به صفحه کاغذ می‌چسبند.

در علم نانو از همین ساختار شش ضلعی گرافیتی استفاده می‌شود. برای ساخت نانولوله‌های کربنی یک لایه‌ی گرافیت را لوله می‌کنند و بر اساس جهت لوله شدن سه نوع نانو لوله‌ی کربنی داریم:

۱. صندلی راحتی
۲. زیگزاگ
۳. نامتقارن

نوع صندلی راحتی
در این حالت اتم‌های ابتدای صفحه گرافیتی را به انتهای آن به شکل زیر با لوله‌ کردن متصل می‌کنیم:

نوع زیگزاکبرای ساختن نوع زیگزاک نانولوله‌های کربنی مطابق شکل زیر اتم‌ها را در راستای افقی (ستون به ستون) لوله‌ می‌کنیم:

نوع نامتقارندر این حالت نانو لوله‌های کربنی به شکل زیر از لوله کردن لایه‌های گرافیتی ساخته می‌شوند:

مقدمه‌ای بر نانو داروها

یکی از حوزه‌های فعال نانو در صنعت داروسازی مربوط به توسعه و تغییر روش‌های نوین دارورسانی است. با توجه به فعالیت بسیاری از محققان در این حوزه در سال‌های اخیر موفقیت‌های بسیاری حاصل شده است.

مشکلات بنیادی دارورسانی با روش‌های قدیمی (فعالی):

۱. هدر رفتن بخش بزرگی از دُز دارو در بافت‌های غیر مرتبط مانند دستگاه گوارش، گردش خون و بافت‌های واسط
۲. جذب دارو در بافت‌های غیر مرتبط فوق موجب بروز بیماری‌ها و عوارض بسیار شدید می‌شود
برای مثال بیماریی‌هایی چون سرطان با دارو‌های بسیاری خطرناک سر و کار دارند. ورود دُز غیر ضروری به بدن بیمار موجب ریزش مو و ایجاد لک‌های پوستی و بسیاری دیگر مشکلات می‌شود. در مورد بیماری‌هایی چون دیابت، تزریق‌های روزانه موجب دردناک شدن بافت و غیر قابل تحمل شدن دوره‌ی درمان می‌شود.

اما به کمک روش‌های نوین دارورسانی به کمک نانو ذرات می‌توان تنها دُز مورد نیاز را وارد بدن کرد و تا رسیدن به مقصد و زمان مناسب آنها را غیر فعال نگهداشت. همان طور که مشاهده می‌کنید این روش به شدت ایمن‌تر و مؤثر تر از روش‌های قدیمی است. پس به کمک نانو دارو‌ها دُز کمتر دارو در بدن بیمار جاری می‌شود و به سایر بافت‌ها آسیب وارد نمی‌شود. از سوی دیگر محل واکنش دارو و زمان آن قابل کنترل است و عوارض آن بسیار کاهش می‌یابد.

بنا به گفته‌ بسیاری از فعالات این حوزه دارو رسانی به کمک کپسول‌ها نانومتری لازمه‌ی رسیدن به هدف نهایی داروسازی می‌باشد و قطعاً بدون این علم رسیدن به این هدف غیر ممکن است.

دسته‌بندی زیر از جمله گروه‌بندی‌های ارائه شده برای تفکیک نانودارو‌ها است:
۱. نانو کپسول‌ها
۲. اسمبلی ماکرومولکول‌ها به عنوان حامل دارو
۳. نانو سوسپانسیون‌ها
۴. نانو ذرات حساس به تابش PDT که برای انتقال داروهای درمان سرطان استفاده می‌شوند
و ...

از جمله ویژگی‌های نانودارو‌ها عبارتند از:
۱. حمل حجم بیشتری از دُز موثر دارو
۲. افزایش خواص سطحی به حجمی که موجب سرعت بخشیدن به سرعت وانکش می‌شود
۳. ابعاد بسیار کوچک که عبور کپسول‌های دارو از بین بافت‌های خونی را ممکن می‌سازد
۴. قابلیت کنترل نقطه تجمع دارو در بدن بیمار
و ...

بنا به گفته بعضی محققین دارورسانی نوین به معنای رساندن دارو در یک زمان معین با دُز کنترل شده به هدف خاص به منظور کاهش عوارض جانبی، درمان سریع و متناسب با شرایط است.

پرفسور هاشم رفیعی تبار

پرفسور هاشم رفیعی تبار در سال ۱۳۲۷ در ایران متولد شد. وی در سال ۱۳۶۹ همزمان با شروع مطالعات نانو فناوری وارد دانشگاه آکسفورد شد. در همان سال او به همراه برخی از اساتید دانشگاه، علم محاسباتی نانو را در دانشگاه آکسفورد بنا نهاد. پس از آن در سال ۱۳۷۱ راهی ژاپن شد و در این دوران به طور منسجم توان خود را روی فعالیت‌های محاسباتی مفصلی درباره نانو ذرات متمرکز کرد. وی به مدت هفت سال رئیس بخش علوم نانو دانشگاه گرینویچ بود و پژوهش‌های بسیاری در زمینه‌های مختلف شامل خواص الکترونیکی و مکانیکی ساختار‌های نانومتری انجام داده است. تخصص او فیزیک محاسباتی است.

پروفسور رفیعی بخش در سال ۱۳۷۹ به ایران بازگشت و در سال ۱۳۸۱ پژوهشکده علوم نانو را بنا نهاد و هم اکنون رئیس پژوهشکده علوم نانو در پژوهشگاه دانش‌های بنیادی (مرکز تحقیقات فیزیک نظری و ریاضی IPM) و عضو هیئت علمی دانشگاه شهید بهشتی است. زمینه‌های تحقیقاتی وی عبارتند از فناوری نانو محاسباتی، شبه‌سازی، نانولوله‌های‌کربنی و مدل‌سازی‌های پیچیده. وی از معدود افرادی است که از ابتدای مطرح شدن علم نانو به پژوهش در این حوزه‌ی فناوری پرداخته و در حال حاضر عضو هیئت داوری چنین مجله ISI در حوزه فییک محاسباتی و علم نانو است.

پروفایل رفسور هاشم رفیعی تبار در سایت مرکز تحقیقات فیزیک نظری و ریاضی

مقدمه‌ای بر نانو لوله‌های کربنی

کربن یکی از عناصر فراوان در طبیعت است و کاربردهای بسیاری در زندگی بشر دارد. برای مثال مغز مداد که با نام گرافیت شناخته می‌شود، نوعی ساختار کربنی است یا فولاد ترکیب کربن و آهن است. تمامی ترکیبات نفتی (شیمی آلی) مرتبط با اتم کربن هستند و این عنصر اساس تمام ساختارهای پلیمری است.

کربن به چهار صورت وجود دارد:

۱. گرافیت
۲. الماس
۳. نانو لوله‌های کربنی
۴. باکی‌بال

نانو لوله‌های کربنی نوع از آلوتروپ (ساختار) کربنی هستند که در سال ۱۹۹۱ میلادی توسط سامیو ایجیما (در شرکت NEC) ژاپن کشف شدند. این ترکیبات کربنی ساختار استوانه‌ای شکل به فرم‌های مختلف هستند. بعضی از آنها انتهایی باز و بعضی دیگر دهانه‌های بسته دارند.

نانو لوله‌های کربنی دارای خواص ویژه‌ای هستند که بسیاری از آن‌ها ریشه‌ در خواص کوانتومی اجسام بسیار کوچک (در مقیاس نانومتری) دارد. با وجود تحقیقات وسیع روی نانو لوله‌های کربنی هنوز بسیاری از خواص این مواد ناشناخته و بررسی این لوله‌های بسیار نازک کربنی یکی از زمینه‌های فعال علم نانو است. در آینده‌ی نزدیک شاهد استفاده از این مواد در ساخت قطعات الکترونیکی و سایر حوزه‌های علوم خواهیم بود.

نانو لوله‌های کربنی بر اساس شکل ظاهری دارای انواع مختلف هستند، از جمله: فنری، موج‌دار، نشانه‌دار و ...

به دلیل تنوع ساختار نانولوله‌های کربنی و در نتیجه‌ی تنوع خواص، محققان از نقطه نظرهای متفاوت از جمله فشار، کشش، کنش و ... این مواد را مورد مطالعه قرار می‌دهند.

نانو لوله‌های کربنی مانند صفحه لوله‌ شده‌ی گرافیت است که به حالت استوانه‌ای در آمده. این ساختار استوانه‌ای ممکن است از یک لایه یا چنین لایه‌ی هم مرکز شکل گرفته باشد.
قطر نانو لوله‌های کربنی در ابعاد نانومتری (پنجاه هزار برابر کوچک‌تر از قطر موی انسان) است در حالی که طول آن ممکن است چنین میکرومتر و حتی میلی‌متر باشد (نسبت طول به قطر آنها تا حدود ۱۰۰۰ است).

انواع نانو لوله‌های کربنی عبارتند از:
۱. نانو لوله‌های کربنی تک جداره (SWNT)
۲. نانو لوله‌های کربنی چند جداره (MWNT)
۳. فولِرایت (Fullerite)
۴. تُروس یا هلالی (Torus)
۵. ساختار غیر ایده‌آل

از طرفی بر اساس شکل ظاهری نانو لوله‌های کربنی با انواع نام‌های زیگزاک (‌ZigZag)، صندلی راحتی (Armchair) و نامتقارن (Chiral) شناخته می‌شوند.

گیاه گاوزبان چیست و چه کاربردی دارد

گاوزبان از جمله گیاهان علفی با خواص منحصر به فرد است.

از نظر مشخصات ظاهری ارتفاع این گیاه بین ۱۵ تا ۷۰ سانتی‌متر و دوره‌ی رشد آن یکسال است.همان طور که در تصویر بالا مشاهده می‌کنیم، ساقه‌ی منشعب این گیاه پوشیده از تارهای خشن است. از سوی دیگر برگ‌های آن نسبتاً بزرگ و چین خورده و به رنگ سبز تیره هستند. این برگ‌ها به طور متناوب مستقیماً به ساقه‌ متصل هستند و در بخش‌های خالی ساقه، کرک سفید‌ رنگی ساقه‌ را پوشانده است. گل‌های ستاره‌ای شکل آن در انتهای ساقه قرار دارند و رنگ آنها روشن است. میوه‌ی این گیاه فندقی شکل و همیشه به صورت واحد‌های چهارتایی رشد می‌کند. در واقع میوه‌ی گاوزبان از چهار دانه‌ی فندقی شکل تشکیل شده است.

در اصل گیاه گاوزبان بومی قاره‌ی ارویا و از سالیان سال پیش در بخشی از نقاط ایران بطور محدود کاشته می‌شود.

بخش با اهمیت گیاه گاوزبان، گل و برگ آن است. از جمله خواص این گیاه می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

۱. عصاره‌ی این گیاه به عنوان محرک غده فوق کلیوی مورد استفاده قرار میگیرد؛

۲. جوشانده‌ی آن به عنوان داروی ضد افسردگی و اضطراب و به عبارت دیگر نوعی آرام بخش طبیعی کاربرد دارد؛

۳. عصاره گل گاوزبان به عنوان دارویی موثر و بی‌خطر درمان بیماری وسواس شدید مورد استفاده قرار میگیرد؛

۴. بخور برگ و گل این گیاه به عنوان تمیز کننده ریه از سالیان سال پیش توسط کشاورزان فرانسوی مورد استفاده قرار میگیرد.

مصرف طولانی مدت این گیاه به کبد آسیب وارد می‌کند. در بازار گیاهان دارویی (مخصوصاً در ایران) گل گاوزبان خالص بسیار نایاب است و معمولاً به طور ناخالص یا کاملاً متفاوت با گیاه اصلی عرضه می‌شود.