Znajdź zawartość

Naukowcy z firmy DuPont i Cornell University opracowali prostą metodę przetwarzania węglowych nanorurek tak, by nadawały się do produkcji podzespołów elektronicznych. Nanorurki to nic innego jak pozwijany grafit. W zależności od sposobu zwinięcia mogą mieć one właściwości metali lub półprzewodników. Zwykle podczas produkcji uzyskuje się 33% nanorurek o właściwościach metalicznych i 66% - o właściwościach półprzewodników. Taka mikstura nie nadaje się np. do stworzenia podzespołów elektronicznych, gdyż urządzeń tych nie można by wyłączyć. Metaliczne nanorurki zawsze będą przewodziły prąd. Dotychczas uczeni radzili sobie z tym problemem na różne sposoby. Oddziela się nanorurki na podstawie ich chiralności, jednak jest to metoda, którą można stosować tylko w laboratorium. Nie da się jej skalować i użyć w przemyśle. Można umieścić nanorurki na specjalnym podłożu i przyłożyć do niego wysokie napięcie, doprowadzając do spalenia nanorurek metalicznych. Ten sposób jest również trudno skalowalny. Inna metoda polega na potraktowaniu nanorurek środkami chemicznymi, które rozpuszczają te o właściwościach metalicznych. Naukowcy z DuPonta i Cornell wpadli na inny, znakomity pomysł. Okazało się, że jeśli potraktujemy nanorurki tetrafluoroetylenem, to te o właściwościach metalicznych zyskają własności półprzewodników. Fizyk Graciela Blanchet z DuPonta przyznaje, że ona i jej koledzy mieli sporo szczęścia. Inne grupy naukowców również próbowały zmieniać właściwości nanorurek za pomocą środków chemicznych. Udało się to dopiero teraz. Pani Blanchet i jej koledzy poszli jednak o krok dalej. Rozpuścili swoje nanorurki w dwuchlorobenzenie, uzyskując w ten sposób półprzewodnikowy nanorurkowy "atrament", który posłużył do wydrukowania tranzystorów.

Naukowcom z pekińskiego Tsinghua University udało się zbudować głośniki z węglowych nanorurek. Jak zapewnia szef zespołu badawczego, Kai Li Jiang, ich konstrukcja jest prostsza niż tradycyjnych głośników, a emitowany dźwięk nie odbiega od nich jakością. Obecnie najczęściej w głośnikach stosuje się cewkę magnetyczną, która pod wpływem prądu wywołuje drgania membrany, prowadząc do powstania dźwięku. Chińska konstrukcja umożliwia zrezygnowanie z magnesu. Składa się ona z dwóch elektrod przymocowanych do membrany z nanorurek. Całość działa zatem nie dzięki elektromagnetycznie wzbudzanym wibracjom, a dzięki efektowi termoakustycznemu. Prąd zmienny co jakiś czas ogrzewa membranę, powodując ciągłe wahania temperatury. Te z kolei prowadzą do powstawania różnicy ciśnień w powietrzu otaczającym głośnik i generowania dźwięku - wyjaśnia Jiang. Chińskie głośniki można produkować w wielu różnych kształtach. Ponadto są one przezroczyste, a więc można je umieszczać na różnych powierzchniach, np. na oknach czy ekranach monitorów. Ponadto ich produkcja nie jest skomplikowana. Najpierw trzeba stworzyć taką matrycę z nanorurek, w której wszystkie będą skierowane w jedną stronę. Następnie wystarczy przenieść je na podłoże i podłączyć elektrody. Jiang poinformował, że jego zespół produkował duże ilości odpowiednich matryc na 4-calowych plastrach krzemowych metodami podobnymi do wykorzystywanych w przemyśle półprzewodnikowym. Z jednego 4-calowego plastra można otrzymać nanorurkową matrycę o powierzchni 6 metrów kwadratowych. Nowych głośników nie można jednak podłączyć bezpośrednio do współczesnych urządzeń. Są one bowiem przystosowane do współpracy z głośnikami magnetoelektrycznymi i po podłączeniu doń głośników nanorurkowych otrzymalibyśmy zbyt wysokie dźwięki. Problem można jednak łatwo rozwiązać poprzez zastosowanie dodatkowego, prostego obwodu elektrycznego. Twórcy głośnika z nanorurek mówią, że obecnie wystarczy tylko opracować proces, pozwalający na przemysłową produkcję ich urządzenia. Są optymistycznie nastawieni co do rynkowych perspektyw swojego wynalazku.

Zbudowany z nanorurek skaner jest w stanie wykryć raka płuc na podstawie prostej analizy wydychanego powietrza. Autorami tego interesującego wynalazku są specjaliści z Izraelskiego Instytutu Technologii. Prototyp urządzenia, który zaprezentowano na łamach czasopisma Nano Letters, powstał dzięki zespołowi kierowanemu przez dr. Hossama Haicka. Sercem maszyny jest matryca złożona z dziesięciu grup węglowych nanorurek o jednowarstwowych ściankach. W każdej grupie rurki są pokryte innym rodzajem związku organicznego, umożliwiającego wykrywanie określonej puli substancji obecnych w powietrzu wydychanym przez osoby podejrzewane o występowanie u nich raka płuc. Urządzenie pozwala łącznie na wykrywanie ponad dwustu różnych lotnych związków organicznych. Prototyp detektora wyprodukowano dzięki zastosowaniu nowoczesnych technologii stosowanych przy produkcji mikroprocesorów. Został on przetestowany na piętnastu zdrowych, niepalących osobach, a zebrane informacje porównano z wynikami uzyskanymi u tej samej liczby pacjentów cierpiących na raka płuc w czwartym, najcięższym stadium rozwoju. Powietrze wydychane przez poszczególne osoby analizowano równolegle za pomocą wynalazku izraelskich badaczy i z wykorzystaniem połączonych ze sobą superczułych urządzeń: chromatografu gazowego oraz spektrometru mas. Analizy z wykorzystaniem tych ostatnich są co prawda niezwykle czułe i precyzyjne, lecz ich koszt uniemożliwia wprowadzenie ich do rutynowej diagnostyki. Celem testu było więc stwierdzenie, czy detektor oparty na nanorurkach jest w stanie zastąpić te ultranowoczesne metody. Analiza przepływu elektryczności przez rurki należące do każdego z dziesięciu sensorów pozwoliła na określenie ilości wychwyconych związków z poszczególnych grup. Eksperyment pokazał wyraźnie, że istnieją ogromne różnice pomiędzy powietrzem wydychanym przez osoby zdrowe i chore, co pozwala przypuszczać, że możliwe jest diagnozowanie niektórych przypadków raka płuc na podstawie prostego badania wydychanego powietrza. Grupa trzydziestu osób to oczywiście zbyt mało, by wyniki można było uznać za pewne. W związku z tym badacze z Izraela planują przeprowadzenie dalszych badań, tym razem na znacznie liczniejszej grupie osób ochotników. Od ich wyników będzie zależało ewentualne dopuszczenie urządzenia do stosowania w diagnostyce medycznej.

Podawanie leków standardowo stosowanych w chemioterapii może być znacznie skuteczniejsze, gdy zostaną one dostarczone w formie połączonej z nanorurkami węglowymi - twierdzą badacze z Uniwersytetu Stanforda. Zdaniem głównego autora badań, magistranta Zhuanga Liu, zastosowanie nośnika zbudowanego z nanorurek pozwala na osiągnięcie niższego tempa uwalniania leku oraz na zwiększenie dawki docierającej do tkanki nowotworowej. Pozwala to na poprawę skuteczności oraz zwiększenie bezpieczeństwa terapii. Przeprowadzony przez Liu eksperyment dotyczył paklitakselu - substancji stosowanej powszechnie głównie w leczeniu wielu nowotworów, m.in. raka piersi, jajnika oraz płuc. Cząsteczki leku zostały połączone z nanorurkami o specjalnej strukturze - pokryto je warstwą rozgałęzionych cząsteczek glikolu polietylenowego (PEG), związku używanego powszechnie m.in. w przemyśle kosmetycznym. Modyfikacja ta jest niezwykle istotna, gdyż zwiększa średnicę rurki i pomaga "ukryć" ją przed układem immunologicznym. Do tak przygotowanego nośnika przyłączono następnie molekuły paklitakselu. Sekretem działania opracowanej na Uniwersytecie Stanforda technologii jest fakt, że naczynia krwionośne w obrębie guza są zbudowane nieprawidłowo. Ich ściany są porowate i nieszczelne, przez co dochodzi do wyciekania leku do otaczającej tkanki. Wielkość zsyntetyzowanych nanorurek została dobrana tak, by z łatwością opuszczały one naczynia wewnątrz nowotworu, lecz były zbyt duże, aby wyciekać ze zdrowych. W celu celu oceny efektywności przygotowanych cząsteczek przetestowano je w tzw. modelu zwierzęcym. Wyhodowano w tym celu myszy, którym wszczepiono komórki nowotworowe, a następnie, gdy guzy rozwinęły się do pożądanych rozmiarów, podzielono zwierzęta na dwie grupy. W jednej z nich podawano paklitaksel według standardowego protokołu leczenia, w drugiej zaś zastosowano nanorurki z przyłączonymi cząsteczkami leku. Eksperyment pokazał, że nowa technika pozwala na osiągnięcie aż dziesięciokrotnie wyższego stężenia chemoterapeutyku wewnątrz guza w porównaniu do tradycyjnej terapii. Miało to wyraźne przełożenie na rozwój choroby u myszy - po zakończeniu leczenia guzy u myszy leczonych z zastosowaniem nanorurek nasyconych PEG i paklitakselem były aż o połowę mniejsze w porównaniu do grupy kontrolnej. Wcześniejsze badania wykazały, że pokrywanie węglowych nanorurek glikolem polietylenowym pozwala na utrzymanie ich w krwiobiegu przez znacznie dłuższy czas, dzięki czemu nie są one tak intensywnie wychwytywane przez "przypadkowe" komórki. Wiedza zdobyta dzięki obu eksperymentom pokazuje, że paklitaksel związany z nośnikiem wchłaniany jest wolniej w porównaniu do postaci wolnej, lecz jego dystrybucja do guza jest bardziej precyzyjna. Mówiąc najprościej, oznacza to, że lek działa znacznie silniej wewnątrz guza (czyli tam, gdzie powinien), za to oddziałuje znacznie łagodniej na zdrowe tkanki, zmniejszając intensywność objawów ubocznych. Zdaniem biorącego udział w badaniach prof. Hongjie Daia, identyczna metoda może zostać zastosowana w celu dostarczania wielu innych leków, które powinny trafiać tylko do określonych grup komórek. Tłumaczy jednak, że technika ma ogromny, wciąż niewykorzystany potencjał: to, co robimy teraz, to "pasywne celowanie", wykorzystujące nieszczelne naczynia krwionośne guza. Bardziej aktywna forma celowania mogłaby polegać na przyłączeniu do nanorurki peptydu [fragmentu łańcucha białkowego - przyp. red.] lub przeciwciała, które wiązałoby specyficznie tylko komórki nowotworowe. Powinno to jeszcze bardziej zwiększyć efektywność leczenia. Prof. Dai nie poprzestał na słowach - jego zespół już teraz pracuje nad realizacją tego pomysłu. Naukowiec jest pełen optymizmu: mamy nadzieję, że będziemy w stanie wprowadzić tę technikę do praktycznego zastosowania w warunkach klinicznych. Uczyniliśmy krok naprzód, lecz potrzeba będzie jeszcze trochę czasu, by udowodnić jej skuteczność i bezpieczeństwo.

Superkondensatory zwane też ultrakondensatorami, to bardzo obiecujące urządzenia, których olbrzymimi zaletami jest wyjątkowo krótki czas ładowania i rozładowywania oraz niezwykle długa żywotność urządzenia. Czyni ona superkondensatory przyjaznymi dla środowiska. Problem jednak w tym, że w są w stanie przechowywać jedynie 5% tej ilości energii, jaką możemy przechować w bateriach litowo-jonowych. Jeśli zastąpilibyśmy superkondensatorem baterię w telefonie komórkowym, nigdy nie musielibyśmy go wymieniać i moglibyśmy naładować go w kilka sekund, ale wystarczyłaby nam jedynie na pół godziny pracy - mówi Joel Schindall z MIT-u. Dlatego też obecnie superkondensatory to niszowe urządzenie, stosowane np. w autobusach, ciężarówkach czy pociągach do krótkotrwałego dostarczania mocy. Jeśli mogłyby przechowywać więcej energii stałyby się się wspaniałym źródłem zasilania samochodów elektrycznych czy urządzeń elektronicznych. Może się to zmienić dzięki badaniom naukowców z Instytutu Badawczego Obrony Przeciwchemicznej w Chinach. Opracowali oni elektrodę, która może przechowywać dwukrotnie więcej ładunków, niż elektrody z węgla aktywnego, wykorzystywane we współczesnych superkondensatorach. Nowa elektroda zawiera przypominające kwiaty nanocząsteczki tlenku manganu znajdujące się na pionowych węglowych nanorurkach. Nowe elektrody dostarczają pięciokrotnie więcej mocy niż elektrody używane obecnie. Ich żywotność dorównuje żywotności elektrod z węgla aktywnego, gdyż po 20 000 cykli ładowania/rozładowania tracą jedynie 3% pojemności. Chińska elektroda ma przewagę nad innymi rozwiązaniami mającymi na celu zwiększenie pojemności superkondensatorów. Po pierwsze, nanorurki rosną na folii z tantalu, który jest standardowo wykorzystywany w kondensatorach. Ponadto "kwiaty" z tlenku manganu mają olbrzymią powierzchnię, która wynosi aż 236 metrów na gram. A od powierzchni właśnie zależy pojemność elektrod. Specjaliści zauważają jednak, że chińska metoda ma pewną poważną wadę. W praktyce nie będzie jej można użyć w urządzeniach wymagających bardzo dużych baterii, takich jak samochody, gdyż nanorurki i folia z tantalu są bardzo drogie - stwierdza Yury Gogotsi z Drexler University. Podobnego zdania są inni uczeni, którzy doceniają osiągnięcie Chińczyków, jednak mówią o konieczności obniżenia kosztów.

Naukowcy z Uniwersytetu Tokijskiego dodali węglowe nanorurki do polimeru i uzyskali w ten sposób elastyczny, przewodzący obwód elektroniczny. Nowy materiał może zostać wykorzystany do produkcji wyświetlaczy, urządzeń wykonawczych czy prostych komputerów, które będzie można owinąć np. wokół mebli, stwierdza profesor Takao Someya. Niewykluczone jest wykorzystanie go do stworzenia czułej na nacisk skóry robotów. Dzięki niej mechanizmy byłyby np. w stanie dostosować siłę swojego uchwytu do przedmiotu, który mają przytrzymać. Profesor Someya informuje, że przewodność elektryczna polimeru z nanorurkami jest rekordowo wysoka jak na miękkie materiały. Wynosi ono bowiem 57 siemensów na centymetr. To mniej niż przewodność miedzi, ale o wiele rzędów wielkości więcej niż poprzednio zmierzona przewodność hybryd z polimerów i węglowych nanorurek. Materiał stworzony przez Japończyków ma i tę olbrzymią zaletę, że może się rozciągać do około 134 procent i nie wykazuje przy tym większych uszkodzeń. Jak zauważa profesor John Rogers z University of Illinois at Urbana-Champaign, prace zespołu Somei to kreatywne rozwinięcie już istniejących technologii. Układy elektroniczne, które można zginać, istnieją już od pewnego czasu. Jednak żaden z nich nie może zostać owinięty wokół nieregularnego przedmiotu, takiego jak np. ludzkie ciało. Tokijscy uczeni osiągnęli dobrą przewodność rozciągliwego materiału dzięki połączeniu długich, 1-milimetrowych rurek węglowych z cieczą jonową. W efekcie powstała czarna pasta, którą dodawali do rozpuszczonego polimeru. Uzyskali w ten sposób żel, który następnie przez 24 godziny suszyli powietrzem. Nanorurki stanowiły do 20% wagi całości. Wysuszony polimer był dość sztywny, dlatego maszynowo go podziurawiono tworząc strukturę podobną do sieci i pokryto ją elastycznym materiałem bazującym na krzemie. Profesor Ray Baughman z University of Texas mówi, że japońskie badania pokazały, że elastyczną elektronikę można produkować w skali przemysłowej. Uczeni z Tokio informują bowiem, że pojedyncza instalacja jest w stanie wytworzyć 10 ton nanorurek rocznie. Baughman zauważa jednak, że zwiększenie udziału nanorurek w polimerze może doprowadzić do zmniejszenia rozciągliwości materiału.

Pomysł zbudowania teleskopu optycznego na Księżycu bardzo przypadł astronomom do gustu. Ponieważ nie ma tam atmosfery, obraz byłby bardzo ostry, a osiągnięte powiększenia dużo większe niż na Ziemi. Pozostawał tylko jeden problem: jak i jakim kosztem dostarczyć materiały potrzebne do jego zbudowania. Wydaje się, że naukowcom z NASA udało się go rozwiązać z pomocą pyłu księżycowego (regolitu). Peter Chen z Centrum Lotów Kosmicznych im. Roberta H. Goddarda wyjaśnia, jak zbudować lustro na Srebrnym Globie. Należy wziąć trochę nanorurek węglowych, dodać żywicy epoksydowej i dużo, dużo regolitu. Ponieważ większość materiałów jest na miejscu, nie trzeba ich zabierać ze sobą i można zaoszczędzić dużo pieniędzy. Zespół Chena zademonstrował swoją technikę wytwarzania luster na 212. spotkaniu Amerykańskiego Stowarzyszenia Astronomicznego w Sant Louis. Jak często bywa w takich przypadkach, metoda jest dziełem przypadku. Pracownicy NASA zmieszali ze sobą nanorurki, spoiwo oraz pokruszoną skałę o tym samym składzie i rozmiarach ziaren co regolit. Ze zdziwieniem zauważyli, że uzyskany w ten sposób materiał ma konsystencję betonu i można go wykorzystać zamiast szkła do wyprodukowania lustra dowolnych rozmiarów. Następnie badacze nałożyli kolejne warstwy żywicy epoksydowej i odwirowali całość w temperaturze pokojowej. W rezultacie otrzymali paraboliczne zwierciadło o średnicy 30 cm. Po tym wszystkim wystarczy powlec powierzchnię lustra niewielką ilością aluminium i voilà – mamy lustro do teleskopu o wysokim współczynniku odbicia – cieszy się jeden z członków zespołu Douglas Rabin. Lustro utworzone na Ziemi było niewielkie, jednak na z materiałów dostępnych na Księżycu uda się uzyskać dużo większe, nawet 50-metrowe zwierciadła. W ten sposób ustanowiono by nowy rekord, ponieważ największy jak dotąd teleskop zwierciadlany (reflektor) - Wielki Telseskop Kanaryjski - dysponuje lustrem 10,4-m.

Naukowcom z izraelskiego Instytutu Weizmanna udało się osiągnąć niespotykany dotychczas stopień uporządkowania węglowych nanorurek. Jak wiadomo, nanorurki mają wiele bardzo pożytecznych właściwości i z ich wykorzystaniem wiąże się olbrzymie nadzieje. Pracują nad nimi zarówno onkolodzy, jak i elektronicy. Ci drudzy napotykają jednak na poważne przeszkody. Nanorurki są niezwykle małe i wykazują tendencję do samodzielnego chaotycznego łączenia się grupy. Z tego też powodu nie udało się dotychczas stworzyć większego, kompleksowego urządzenia elektronicznego. Specjaliści zaprezentowali na razie dość proste struktury. Doktor Ernesto Joselevich wraz z Arielem Ismachem oraz Noamem Geblingerem opracowali technologię za pomocą której zmusili nanorurki do samodzielnego łączenia się w uporządkowany sposób. Swoją technikę nazwali "porządek poprzez chaos". Joselevich tak mówi o badaniach: Próba stworzenia porządku poprzez chaos może wydawać się paradoksem, ale to często spotykane zjawisko w mikroświecie. Systemy znajdujące się pod wpływem skrajnych sił, mają większą tendencję do samoorganizowania się w bardziej zorganizowane struktury niż systemy, na które aż tak skrajne siły nie oddziałują. Zastosowaliśmy ten mechanizm w nanoskali by sprawdzić, czy zadziała. Udało się. W wyniku eksperymentu nanorurki uporządkowały się struktury o kształcie serpentyn. Taki kształt jest powszechny w geometrii wielu już działających urządzeń: w antenach, odbiornikach ciepła czy mechanizmach chłodzących. Poniższa animacja obrazuje "mechanizm spadającego spaghetti" zastosowany do uformowania pożądanego kształtu z nanorurek.

W ostatnich latach wielokrotnie pojawiały się doniesienia o nowych odkryciach w dziedzinie nanotechnologii. Jedną z najważniejszych gałęzi tej dziedziny jest rozwój wiedzy o węglowych nanorurkach - strukturach o kształcie walca, których ścianki są tworzone przez pojedyncze warstwy atomów węgla. Początkowo jednak w ślad za burzliwym narastaniem optymizmu związanego z ich potencjalnym zastosowaniem nie poszły badania związane z bezpieczeństwem ich stosowania. Tymczasem okazuje się, że niektóre formy nanorurek mogą zachowywać się jak azbest i uszkadzać nasz układ oddechowy, a nawet powodować nowotwór zwany międzybłoniakiem opłucnej. To studium należy do badań strategicznych, ściśle ukierunkowanych na zapewnienie bezpiecznego i odpowiedzialnego rozwoju nanotechnologii - tłumaczy Andrew Maynard, jeden z autorów badań. Należy zaznaczyć, że dotychczas, pomimo wielokrotnego nagłaśniania sprawy bezpieczeństwa użycia nanorurek przez różnorodne środowiska naukowe, nikt nie przeprowadził dokładnej analizy bezpieczeństwa stosowania nanomateriałów otrzymywanych z węgla. Jednym z powodów, dla których badacze postanowili przyjrzeć się bliżej bezpieczeństwu stosowania nanorurek, jest ich strukturalne podobieństwo do azbestu - materiału, który stał się przyczyną ogromnej ilości zachorowań na pylice oraz nowotwory płuc. Jak tłumaczy dr Anthony Seaton, pracujący na Uniwersytecie w szkockim Aberdeen, ogromna ilość nowotworów związanych z używaniem azbestu, które zaczęliśmy wykrywać począwszy od lat 50. i 60. [XX wieku - red.], prawdopodobnie będzie się utrzymywała pomimo faktu, że użycie tego materiału spadło nagle około 25 lat temu. Choć są powody, by uznawać nanorurki za bezpieczne, będzie to zależało od podjęcia poprawnych środków zapobiegania ich wdychaniu w miejscu produkcji, używania oraz składowania. Kroki te powinny zostać podjęte w oparciu o badania nad ekspozycją oraz prewencją ryzyka [zachorowań - red.], które powinny doprowadzić do stworzenia regulacji dotyczących ich stosowania. Zdaniem naukowca, wyniki otrzymane dzięki najnowszym badaniom powinny skłonić władze do zwiększenia inwestycji w analizy niebezpieczeństwa związanego z produkcją i użyciem nanorurek. Badacze pod przewodnictwem prof. Kennetha Donaldsona z Uniwersytetu w Edynburgu badali zdolność kilku rodzajów materiałów do wywoływania specyficznej odpowiedzi organizmu sygnalizującej powolny rozwój międzybłoniaka opłucnej (łac. mesothelioma). Grupa badanych substancji obejmowała włókna azbestowe o róznej długości, krótkie i długie nanorurki, a także węgiel aktywny. Próbki poszczególnych materiałów wszczepiano do jamy brzusznej myszy, a następnie analizowano rozwój odpowiedzi organizmu. Pozwalało to określić prawdopodobieństwo powstania na późniejszym etapie nowotworu. Wyniki badań nie pozostawiają złudzeń: długie i cienkie nanorurki, podobnie jak podłużne formy azbestu, mają kształt wybitnie sprzyjający powstawaniu groźnych dla zdrowia przewlekłych stanów zapalnych. Ich podłużny kształt sprawia, że dostają się do płuca niczym pociski i powodują mikrouszkodzenia. Jednocześnie są na tyle duże, że naturalne mechanizmy usuwania ciał obcych z płuc zawodzą. Wiele pytań dotyczących nanorurek wciąż pozostaje jednak bez odpowiedzi. Nie zbadano na przykład, czy materiał ten ma w ogóle zdolność unoszenia się w powietrzu, nie została też określona jego zdolność do penetracji płuc. Wstrzykiwanie do jamy brzusznej miało bowiem na celu jedynie zbadanie, czy chemiczne właściwości węglowego tworzywa są w stanie spowodować patologiczne zmiany w tkance. Na szczęście, naukowcy dostarczają też informacji pozytywnych. Jak tłumaczy prof. Donaldson, krótkie oraz skręcone nanorurki węglowe nie zachowują się jak azbest, z kolei mając świadomość możliwych zagrożen spowodowanych przez długie, wąskie nanorurki, możemy pracować nad sposobami ich kontrolowania. To dobra, a nie zła wiadomość. Dowiadujemy się, że nanorurki oraz wykonane z nich produkty mogą zostać wykonane w sposób bezpieczny. Jednocześnie badacz zastrzega jednak, że analiza nie objęła wszelkich możliwych szkód, które mogłyby zostać spowodowane przez nieostrożne obchodzenie się z tym materiałem. Oznacza to, że potrzebnych jest jeszcze wiele badań nad bezpieczeństwem węglowych nanomateriałów.

Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles wyprodukowali sztuczne mięśnie, które samodzielnie radzą sobie z usterkami. Dzięki nim mogą powstać zarówno lepsze sztuczne kończyny, jak i doskonalsze roboty kroczące. Polimerowe mięśnie, po przyłożeniu napięcia elektrycznego, zwiększają długość nawet o 200 procent. Ich ruch i sposób wykorzystania energii przypominają ludzkie mięśnie. Sztuczne mięśnie wykorzystywane są od dawna, jednak zwykle wykorzystują one elektrody wyprodukowane z metalu. Te zaś dość szybko się zużywają, a w razie jakiegokolwiek uszkodzenia mięśnie przestają pracować. Zespół profesora Qibinga Peia stworzył elektrody z elastycznych nanorurek. Dzięki temu, nawet gdy dochodzi do uszkodzenia którejś z elektrod, tylko ona przerywa pracę, a reszta działa bez zakłóceń. Wynalazcy nowych mięśni podczas testów celowo uszkadzali je nakłuwając pineską. Nie przeszkodziło to urządzeniu w pracy. Co więcej, mięśnie wykorzystują aż 70% energii, która zostaje im dostarczona. Energia jest im potrzebna do skurczu. Gdy mięśnie się rozkurczają, w nanorurkach produkowany jest ładunek elektryczny, który można wykorzystać do wykonanie kolejnego ruchu lub też do zasilania urządzeń przenośnych, takich jak np. odtwarzacze MP3. Kwang Kim z University of Reno mówi, że profesor Pei wykorzystał bardzo obiecującą, nowatorską metodę łączenia węglowych nanorurek. Być może znajdzie ona zastosowanie również w produkcji baterii

Naukowcy z Uniwersytetu Stanforda wraz z inżynierami Toshiby jako pierwsi na świecie zaprezentowali krzemowy układ scalony, który zamiast miedzianych połączeń wykorzystuje nanorurki węglowe. Po raz pierwszy w historii przez nanorurki przesłano cyfrowe sygnały z częstotliwością 1 gigaherca. Dotychczas mieliśmy tylko nadzieję, że będzie to możliwe, ale żadnego dowodu - powiedział Philip Wong, profesor na Wydziale Inżynierii Elektrycznej Uniwersytetu Stanforda. Prace akademików pozwolą na przedłużenie ważności Prawa Moore'a. Zakłada ono, że co dwa lata liczba tranzystorów w układzie scalonym będzie się podwajała. Ciągle udaje się spełniać ten warunek, jednak upakowanie coraz mniejszych elementów wymaga stosowania coraz cieńszych połączeń między nimi. Istniają obawy, że wkrótce powszechnie stosowana miedź przestanie wystarczać. Gael Close i Philip Wong oraz Shinichi Yasuda, Shinobu Fujita i Bipul Paul z Toshiby stworzyli matrycę składającą się z 256 oscylatorów pierścieniowych. Dodali do nich kolejne obwody, które umożliwiły wybiórcze przeprowadzanie operacji na każdym z oscylatorów. W sumie układ scalony składał się z 11 000 tranzystorów umieszczonych na powierzchni 6,5 milimetra kwadratowego. Podczas projektowania układu, przy każdym z oscylatorów pozostawiono jedno wolne połączenie. Kość została wykonana tradycyjnymi technikami w TSMC, a następnie Close i koledzy uzupełnili brakujące połączenia metalizowanymi nanorurkami. Co ważne, nie były one specjalnie przygotowywane, ale skorzystano z usług jednego z komercyjnych producentów. Każda z nanorurek miała 50-100 nanometrów średnicy i około 5 mikrometrów długości. Nanorurki różniły się jakością, ale ostatecznie udało się połączyć 19 oscylatorów. Każda z nanorurek była umieszczona bezpośrednio na tranzystorze, dzięki czemu maksymalnie zmniejszono opór, co pozwoliło na przesłanie sygnału z częstotliwością 1,02 GHz. Akademicy mówią, że nie należy się spodziewać, by układy scalone z nanorurkami trafiły w najbliższym czasie na rynek. Trzeba włożyć jeszcze sporo pracy zarówno w produkcję nanorurek o odpowiednich parametrach i projekt samego układu. Nanorurki wykorzystane w prototypie były dość duże (były wielkości obecnie używanych połączeń miedzianych) i nie charakteryzowały się odpowiednią czystością. Zrobiliśmy znaczący krok, ale to prototyp - mówi Close. Przemysł od dawna czekał na jego stworzenie, by móc naprawdę posuwać się naprzód - dodaje.

Naukowcy z amerykańskiego Rice University mogą poszczycić się nowym kandydatem do Księgi Rekordów Guinnessa. Zespół pracujący pod wodzą profesora Pulickela Ajayana stworzył bowiem najciemniejszy materiał znany ludzkości. Badacze wykorzystali bardzo popularne w świecie nauki węglowe nanorurki i wykonali z nich "dywan" odbijający zaledwie 0,045% padającego nań światła. Dla porównania, czarna farba jest około sto razy jaśniejsza, a powłoka wykonana ze stopu niklu i fosforu – niedawny rekordzista w konkurencji głębi ciemności – niemal cztery razy. Niezwykle skuteczne pochłanianie światła uzyskano dzięki powierzchni, na której gęsto poustawiano nanorurki (stąd porównanie do dywanu). Węglowe "włosy" mierzą 0,25 mm, czyli 300 tysięcy razy więcej niż wynosi ich średnica. W takim środowisku światło ulega silnemu rozproszeniu, a ponieważ węgiel należy do bardzo ciemnych substancji, promienie mają niewielkie szanse na wydostanie się z pułapki zanim całkowicie zanikną. Co ciekawe, naukowcy wykonali opisany "pochłaniacz" już ponad rok temu. Do tej pory jednak badali jego właściwości i dopiero niedawno byli w stanie potwierdzić rekordowo mały współczynnik odbicia światła. Wśród potencjalnych zastosowań węglowego dywanu wymienia się systemy zbierające i przechowujące energię słoneczną, a także instrumenty optyczne, w których eliminacja światła odbitego ma szczególnie duże znaczenie dla jakości obrazu.

Węglowe nanorurki - podstawowy element wielu zaawansowanych badań związanych z nanotechnologiami - mogą zyskać konkurenta. Kolejnym materiałem, który ma szansę stać się budulcem technologii przyszłości, okazały się nanorurki wykonane z boru. Jak wynika z symulacji przeprowadzonych przez badaczy z Tsinghua University w Pekinie, pewne właściwości elektryczne nowego materiału mogą być lepsze niż w wypadku węgla. Osiągnięcie naukowców przede wszystkim polega na znalezieniu odpowiedniej struktury atomowej nanorurek z boru. Zapożyczona z węgla sześciokątna siatka okazała się niestabilna, więc problem rozwiązano przez umieszczenie dodatkowych atomów boru w środku niektórych sześciokątów. Jak obliczono, układ taki powinien oferować dość ciekawe właściwości: szersze nanorurki mogą pełnić rolę przewodników, węższe natomiast - półprzewodników, z których można budować elementy nanoelektroniczne. W wypadku wersji przewodzącej, nanorurki borowe powinny być lepszymi przewodnikami niż te wykonane z węgla, spodziewana jest też wyższa temperatura występowania efektu nadprzewodnictwa. Chińscy badacze proponują, aby nowy materiał wykonać za pomocą metody chemicznego osadzania fazy gazowej (CVD - Chemical Vapour Deposition). Choć jest to ta sama technika co w wypadku węgla, jeszcze nie została ona dopasowana do wymagań boru, zatem żadne z opisanych właściwości do tej pory nie zostały potwierdzone doświadczalnie.

Amerykańscy naukowcy informują o udanym połączeniu enzymów z przewodnikami. Dzięki temu osiągnięciu możliwe będzie budowanie bardzo sprawnych, a zarazem tanich katalizatorów do ogniw paliwowych – urządzeń uznawanych za jedno z najważniejszych źródeł "czystej" energii elektrycznej niedalekiej przyszłości. Badacze połączyli enzymy z grupy hydrogenaz – które choć przyspieszają wytwarzanie wodoru, nie tworzą dobrych połączeń elektrycznych – z węglowymi nanorurkami, znanymi m.in. z doskonałego przewodzenia prądu. Powstający przy udziale enzymów wodór jest następnie utleniany, w efekcie czego otrzymujemy wodę oraz ładunki elektryczne. Powstałe hybrydy mają szanse zastąpić kosztowne katalizatory używane we współczesnych ogniwach paliwowych. Elementy te zazwyczaj są wykonywane z platyny, bądź innych drogich materiałów. Obniżenie cen wytwarzania ogniw oznacza możliwość wyeliminowania wielu technologii, które choć tanie, są szkodliwe dla środowiska naturalnego. Mowa tu zarówno o akumulatorkach stosowanych w urządzeniach przenośnych, silnikach spalinowych samochodów czy kosiarek, jak i źródłach energii dla innych przedmiotów codziennego użytku.

Naukowcy z Purude University dowiedli, że wykorzystując węglowe nanorurki można wyprodukować materiał, który jest wyjątkowo dobrym przewodnikiem ciepła. Odkryty materiał należy do klasy TIM (Thermal Interface Material). Dotychczas materiały TIM składały się z tłuszczów, wosków oraz folii wykonanej z indu. Najpowszechniej wykorzystywaną odmianą TIM jest biała bądź srebrna pasta bardzo często używana pomiędzy procesorem a radiatorem. Jej zadaniem jest usprawnienie odprowadzania ciepła z CPU. Grupa specjalistów Uniwersytetu Purdue wykazała, że wykorzystując węglowe rurki, jesteśmy w stanie wyprodukować jeszcze bardziej skuteczny TIM. Naukowcy zaprezentowali światu metodę „rosnącą”, opisując ją jako nieskończoną liczbę cieniutkich węglowych nanorurek w postaci cylindra znajdujących się na powierzchni chipa usprawniających przepływ ciepła. NTIM, czyli Nanotube Thermal Interface Material, wzrasta bezpośrednio na powierzchni chipa wypełniając luki i wyżłobienia na powierzchni układu scalonego. Jeden z naukowców twierdzi, że odkrycie umożliwi produkcję materiału, który dostosuje się do nierównych powierzchni radiatora, napotykając tym samym mniejszy opór podczas przewodzenia ciepła niż w przypadku podobnych substancji wykorzystywanych obecnie w przemyśle. Węglowe nanorurki wyrastają bezpośrednio z powierzchni układu scalonego wykorzystując do wzrostu dendrymery, czyli rozgałęzione polimery, które dzięki swojej regularności tworzą fraktalopodobne struktury. Dendrymery są hodowane dzięki katalizowaniu cząsteczek, a następnie poddawane są działaniu metanu. Kolejnym etapem jest użycie mikrofal, które powodują rozbicie gazu zawierającego węgiel. Później cząstki poddane procesowi katalizacji doprowadzają do połączenia nanorurek, które w konsekwencji wyrastają pionowo na powierzchni chipa. Nie wiadomo kiedy i czy w ogóle najnowsza technologia znajdzie zastosowanie w urządzeniach codziennego użytku. Faktem jest, iż modyfikacje materiałów typu TIM lepiej przewodzą ciepło, co pozwoli na dalszą miniaturyzację podzespołów komputerowych.

Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Irvine opracowali najmniejszy na świecie odbiornik fal radiowych. Urządzenie jest tysiące razy mniejsze od średnicy ludzkiego włosa. Zbudowano je z węglowych nanorurek. Twórcami urządzenia, które jest w stanie zamienić fale radiowe w dźwięk. Podczas eksperymentów przeprowadzonych w laboratorium, naukowcy przekazali dane pomiędzy iPodem a głośnikami umieszczonymi w odległości kilku metrów od odtwarzacza. Już wcześniej powstawały odbiorniki fal radiowych w skali nano, nigdy jednak nie wykazano, że działają one w seryjnie produkowanych urządzeniach. Prace uczonych z UCI są więc ważnym krokiem w kierunku powstania prawdziwego zminiaturyzowanego systemu radiowego. Może się przydać w medycynie, wojsku, przemyśle czy życiu codziennym przeciętnego użytkownika. Już wkrótce część gadżetów Jamesa Bonda może stać się rzeczywistością.

Wprowadzaniu nowych materiałów często towarzyszą obawy o ich wpływ na środowisko naturalne i zdrowie człowieka. Ma to zastosowanie również w dziedzinie elektroniki, w której coraz częściej pojawiają się np. nanorurki i rozwija się nanotechnologia. Naukowcy z University of California w San Diego (UCSD) oraz pobliskiego Veterans Affairs Medical Healthcare System w La Jolla zakończyli właśnie badania, które wykazały, że magnetyczne nanocząsteczki mogą być szkodliwe dla człowieka. Okazuje się, że tego typu cząstki o średnicy mniejszej niż 10 nanometrów hamują wzrost komórek nerwowych. Poprzednio eksperymenty in vitro przeprowadzone w Narodowym Instytucie Standardów i Technologii (NIST) dowiodły, iż nanorurki krótsze niż 200 nanometrów mają szkodliwy wpływ na komórki płuc człowieka. Obecnie szacuje się, że Narodowa Fundacja Nauki (NSF) spędza 10-krotnie więcej czasu na badaniach nad nowymi nanomateriałami, niż na badaniach nad wyeliminowaniem ich toksycznego oddziaływania. Chcielibyśmy, by przeznaczała ona więcej pieniędzy na finansowanie badań podobnych do naszych. Tak, by można było określić, które nanomateriały są najbardziej toksyczne i jak wyeliminować to zagrożenie – mówi profesor Shunho Jin z UCSD. Tysiące firm pracuje obecnie nad rozwojem magnetycznych nanocząsteczek i zastosowaniem ich w bio- i nanotechnologii. Bardzo popularnym materiałem są nanocząstki tlenku żelaza, o których dotychczas sądzono, że są obojętne dla organizmów żywych. Najnowsze badania wykazały, że mogą być niebezpieczne. Zespół Jina odkrył, że w obecności tego typu nanocząstek, jeśli są one mniejsze niż 10 nanometrów, komórki nerwowe nie reagują na sygnały chemiczne i zamiast ułatwiać przekazywanie sygnałów, przechodzą w stan uśpienia. Wcześniej NIST stwierdził, że nanorurki węglowe o długości mniejszej niż 200 nanometrów, z łatwością przenikają do komórek płuc. W zależności od stopnia ich koncentracji, komórki umierają lub wykazują inne objawy zatrucia.

Naukowcy opracowali nanopapier, z którego można tworzyć trójwymiarowe obiekty. Chemicy z University of Arkansas poinformowali o wyprodukowali nanopapieru z nanorurek zbudowanych z tlenku tytanu. Nanopapier może być podgrzewany do temperatury 700 stopni Celsjusza. Można go zginać w rękach, ciąć nożyczkami i formować twójwymiarowe obiekty. Dotychczas dostępne były jedynie dwuwymiarowe struktury z narorurek. Możliwość wykorzystania trójwymiarowej membrany, która jest odporna na wysokie temperatury to przełom – twierdzą naukowcy. Będzie ona przydatna przy dalszych pracach na polu nanotechnologii. Ponadto z nanopapieru można będzie tworzyć maski i inne części ubioru chroniące ciało, ognioodpornych włókien, kapsułek na leki czy sztucznych mięśni. Może działać jako fotokatalizator czy zostać zastosowanym w urządzeniach wykrywających skażenia biologiczne.

Jeśli oświadczenia naukowców z MIT okażą się prawdą, w przyszłości będzie można naładować baterie w ciągu dosłownie kilku sekund. Zgodnie z doniesieniami opublikowanymi na łamach ScienCentralNews, badacze z tej uczelni opracowali nowy sposób wytwarzania baterii, które składają się z milionów nanorurek. Wewnątrz znajdują się kondensatory o żywotności dłuższej nawet od samej baterii. Kondensatory utrzymują ładunek elektryczny dzięki dwóm metalicznym elektrodom. Pojemność kondensatorów jest wprost proporcjonalna do powierzchni elektrod. Zmniejszając więc tradycyjną baterię, zmniejszamy elektrody, a co za tym idzie, zmniejsza się pojemność całego układu. Rozwiązaniem tego problemu okazują się nanorurki. Naukowcy pokryli elektrody milionami nanorurek powiększając ich powierzchnię. Szef zespołu badawczego, Joel Schindall, powiedział: taka bateria może być ładowana wielokrotnie, prawdopodobnie setki tysięcy razy i może zostać załadowana w bardzo krótkim czasie. To kwestia sekund, a nie godzin. Jego zdaniem nowa technologia zrewolucjonizuje przemysł urządzeń przenośnych, ale największy wpływ może wywrzeć na przemysł motoryzacyjny. Jeśli czas ładowania baterii samochodów będzie liczony w sekundach, elektryczne pojazdy mogą się upowszechnić. Naukowcy z MIT uważają, że baterie z nanorurkami trafią na rynek w ciągu najbliższych pięciu lat.