(Phys.org) – Kolnanorör (CNT) kan bana väg för anmärkningsvärd teknologi, från förbättrade datorchips, flexibla datorskärmar eller kroppsskydd, till hälsotillämpningar som benläkning och cancerbehandlingar.

I ett försök att fastställa toxiciteten hos dessa material, en grupp Texas Tech-forskare har framgångsrikt byggt en testapparat som kan kvantifiera förekomsten av CNT i ett givet prov. Det är en process som är lättare sagt än gjort.

CNT förklarade

En CNT är en kolallotrop, precis som grafit, träkol, diamanter eller grafen – världens starkaste kända ämne.

Till lekmannen, grafen är ett supertunt ark av kolatomer arrangerade i ett hexagonalt "bikakemönster". Konventionell blyertsgrafit är helt enkelt många lager grafen staplade ihop. När den rullas in i ett rör, grafen bildar en CNT, en fiber 100 gånger starkare än stål och sex gånger lättare.

"Vad som gör nanorör ännu mer anmärkningsvärt är det faktum att så många av deras egenskaper ligger utanför listorna, sa Micah Green, biträdande professor i kemiteknik. "De är både elektriskt och termiskt ledande, plus att de är mekaniskt starka. Det är sällsynt att ett ämne kombinerar alla tre."

Industriell användning växer, liksom farhågor om att dessa nya nanomaterial kan ha negativa eller oavsiktliga effekter på organismer och miljön. Med detta i åtanke, miljötoxikologer vid Texas Tech undersöker ödet för CNT i biologiska miljöer och deras förmåga att ackumuleras i jord, växter eller andra organismer.

En återkommande fråga har bromsat dessa studier:Hur kan någon vara säker på att de små CNT finns i det givna provet?

"Det är som en nål i en höstack, " sa Green. "Hur kan du bevisa effekterna av nålen, om du inte är säker på att den verkligen finns där inne?"

Kokar en lösning

Drivkraften för arbetet började till en början med ett samtal mellan Green och Jaclyn Cañas, docent i miljötoxikologi vid The Institute for Environmental and Human Health vid Texas Tech. Cañas beskrev problemet med att upptäcka CNT i grödor. Green föreslog att exponering av prover för mikrovågor kunde avslöja närvaron av jämna spårmängder av nanorör.

CNT har den ovanliga egenskapen att utveckla extrema mängder värme vid exponering för mikrovågor, mycket mer än typiska material. Faktiskt, nanorörspulver antänds snabbt och spontant om det placeras i en vanlig köksmikrovågsugn. Greens idé var att exponera provet för lågeffektmikrovågor och mäta den resulterande temperaturökningen.

Mohammad Saed, en docent i el- och datateknik, gick med i teamet för att bidra med sin expertis inom området mikrovågsfysik.

Tillsammans, de tre forskargrupperna har framgångsrikt byggt en testapparat och bevisat konceptet att mikrovågsbaserad uppvärmning kan kvantifiera CNT-belastning inuti ett växtprov.

Preliminära tester resulterade i en $300, 000 anslag från National Science Foundation, tilldelades sommaren 2011.

Ytterligare tester

Fortsatt utveckling av enheten ledde till ett dubbelblindtest, där en elev fick prover på en specificerad CNT-laddning men inte fick veta vad koncentrationen var. Doktorand Fahmida Irin var huvudansvarig för att tillämpa metoden. Det dubbelblinda testet lyckades duplicera de sanna värdena, och användes sedan för att studera upptaget av nanorör i alfalfaväxtrötter som odlats i jord med nanorör.

"Sedan vi startade metoden, vi har börjat samarbeta med andra grupper också för att titta på förekomsten av nanorör i organismer som daggmaskar, " sa Green.

Metoden publicerades nyligen i en artikel med titeln "Detection of carbon nanotubes in biological samples through microwave-induced heating" av Irin et al. i journalen Kol . En patentansökan har lämnats in av Office of Technology Commercialization vid Texas Tech University.