(Phys.org)—Koolstofnanobuizen (CNT's) kunnen de weg vrijmaken voor opmerkelijke technologie, van verbeterde computerchips, flexibele computerschermen of kogelvrije vesten, tot gezondheidstoepassingen zoals botgenezing en kankerbehandelingen.

In een poging om de toxiciteit van deze materialen te bepalen, een groep Texas Tech-onderzoekers heeft met succes een testapparaat gebouwd dat de aanwezigheid van CNT in een bepaald monster kan kwantificeren. Het is een proces dat makkelijker gezegd dan gedaan is.

CNT's uitgelegd

Een CNT is een koolstofallotroop, net als grafiet, houtskool, diamanten of grafeen - 's werelds sterkste bekende stof.

Voor de leek, grafeen is een superdun vel koolstofatomen gerangschikt in een hexagonaal "honingraatpatroon". Conventioneel potloodgrafiet is eenvoudigweg vele lagen grafeen op elkaar gestapeld. Wanneer gerold in een buis, grafeen vormt een CNT, een vezel die 100 keer sterker is dan staal en zes keer lichter.

"Wat nanobuisjes nog opmerkelijker maakt, is het feit dat zoveel van hun eigenschappen niet op de kaart staan, " zei Micha Groen, assistent-professor chemische technologie. "Ze zijn zowel elektrisch als thermisch geleidend, plus ze zijn mechanisch sterk. Het komt zelden voor dat een stof alle drie combineert."

Industriële toepassingen nemen toe, evenals de bezorgdheid dat deze nieuwe nanomaterialen negatieve of onbedoelde effecten op organismen en het milieu kunnen hebben. Met dit in gedachten, milieutoxicologen bij Texas Tech onderzoeken het lot van CNT's in biologische omgevingen en hun vermogen om zich op te hopen in de bodem, planten of andere organismen.

Een terugkerende vraag heeft deze onderzoeken vertraagd:hoe kan iemand er zeker van zijn dat de kleine CNT's aanwezig zijn in het gegeven monster?

"Het is als een speld in een hooiberg, " zei Green. "Hoe kun je de effecten van de naald bewijzen, als je niet zeker weet of het er echt in zit?"

Een oplossing bedenken

De aanzet voor het werk begon aanvankelijk met een gesprek tussen Green en Jaclyn Cañas, universitair hoofddocent milieutoxicologie bij The Institute for Environmental and Human Health bij Texas Tech. Cañas beschreef het probleem van het detecteren van CNT's in gewasmonsters. Green suggereerde dat het blootstellen van monsters aan microgolven de aanwezigheid van zelfs sporen van nanobuisjes zou kunnen onthullen.

CNT's hebben de ongebruikelijke eigenschap om extreme hoeveelheden warmte te ontwikkelen bij blootstelling aan microgolven, veel meer dan typische materialen. In feite, nanobuispoeder zal snel en spontaan ontbranden als het in een conventionele keukenmagnetron wordt geplaatst. Het idee van Green was om het monster bloot te stellen aan microgolven met een laag vermogen en de resulterende temperatuurstijging te meten.

Mohammed Saed, een universitair hoofddocent in elektrische en computertechniek, kwam bij het team om zijn expertise op het gebied van microgolffysica bij te dragen.

Samen, de drie onderzoeksgroepen bouwden met succes een testapparaat en bewezen de concepten dat op microgolf gebaseerde verwarming de CNT-lading in een plantenmonster kan kwantificeren.

Voorlopige tests resulteerden in een $ 300, 000 subsidie ​​van de National Science Foundation, uitgereikt in de zomer van 2011.

Verder testen

Doorontwikkeling van het apparaat leidde tot een dubbelblinde test, waar een student monsters van een gespecificeerde CNT-lading kreeg, maar niet werd verteld wat de concentratie was. Afstudeerstudent Fahmida Irin was voornamelijk verantwoordelijk voor het toepassen van de methode. De dubbelblinde test dupliceerde met succes de echte waarden, en werd vervolgens toegepast op het bestuderen van de opname van nanobuisjes in alfalfa-plantenwortels die zijn gekweekt in grond die is verrijkt met nanobuisjes.

"Sinds we met de methode zijn begonnen, we zijn ook gaan samenwerken met andere groepen om te kijken naar de aanwezigheid van nanobuisjes in organismen zoals regenwormen, ' zei Groen.

De methode werd onlangs gepubliceerd in een paper getiteld "Detection of carbon nanotubes in biologische monsters door microgolf-geïnduceerde verwarming" door Irin et al. in het journaal Koolstof . Een octrooiaanvraag is ingediend door het Office of Technology Commercialization aan de Texas Tech University.