Ett mikroskop i NanoScience Lab vid University of Melbourne. Kredit:Gavan Mitchell &Michelle Gough, University of Melbourne
Kolnanorör är en av vetenskapens bäst bevarade hemligheter.
Dessa små, konstgjorda material har extraordinära egenskaper – de är det mörkaste materialet som människor kan skapa, de absorberar ljus så bra att de kan producera värmeenergi och de kan efterlikna naturen för att hjälpa kroppen att bekämpa bakterier.
Forskare i Australien och Kina har hittat ett billigare och enklare sätt att organisera stora grupper av kolnanorör, vilket potentiellt öppnar upp många nya vägar för deras användning av fler forskare runt om i världen.
Kolnanorör odlas vanligtvis på ytan av ett material med hjälp av en kemisk process som involverar en kolkälla och metallkatalysatorer i nanoskala, såsom järn, nickel och kobolt.
En glödurladdningsplasma används för att odla nanorören vertikalt och fristående för att bilda en nanoskopisk skog.
Fördefinierade nanorörsmönster kräver en katalysatormall. Ofta innebär skapandet av sådana mallar en dyr och komplicerad process som kallas litografi.
Litografi är motiverat i mycket sofistikerade industrier som mikroelektronik, men det behövs billigare alternativ för storskaliga, lägre tekniska tillämpningar.
Nu har forskare visat ett alternativ för att montera och anpassa kraftfulla samlingar av kolnanorör utan behov av litografi.
Teamet är baserat på South China Normal University, ARC Center of Excellence in Exciton Science och Doherty Institute vid University of Melbourne. Deras forskning har publicerats i tidskriften Nanotechnology.
Dr. Eser Akinoglu sa:"Vi vill använda kolnanorören för att belägga medicinska implantat och efterlikna de antibakteriella egenskaperna hos insektsvingar, för att ha en mekanisk struktur som kan döda bakterier och förhoppningsvis samtidigt främja tillväxten av bencellerna ( osteoblaster).
"Den huvudsakliga idén är att efterlikna strukturerna på insektsvingar som dödar bakterier genom mekanisk verkan, utan några antibiotikakemikalier inblandade."
Forskarna förlitade sig på en "avvätningsprocess" för att organisera nickelkatalysatorpartiklar på ett speciellt sätt. Avvätning är när vätska, i detta fall en smält metall, dras tillbaka från en yta.
Metallöar bildas sedan när värme appliceras på en tunn metallfilm på ett lager av kiseldioxid nanosfärer, som fungerar som en mall för att skapa ett exakt arrangemang av nickelöar i nanoskala.
Diametern på kiseldioxidpartiklarna bestämmer "stigningen" för det hexagonala nanorörsarrangemanget, medan tjockleken på metallfilmen påverkar bredden på nickelöarna, vilket i sin tur avgör hur breda de eventuella kolnanorören är.
Slutligen bestäms längden på nanorören helt enkelt av hur länge de får växa.
Genom att använda detta tillvägagångssätt kan alla geometriska parametrar för nanorören väljas utan behov av dyr litografi.
"Normalt skulle du behöva använda litografi för att göra en mall," sa Eser.
"Det här kan vara med ljus, röntgenstrålar eller elektronstrålar. Det vi gör här eliminerar behovet av allt det. Det är ett mycket enklare sätt att odla dessa kolnanorör i periodiska, fördefinierade mönster. Det är första gången som periodiska arrayer av kol nanorör har odlats utan ett litografiskt steg."
De resulterande kolnanorören stöter bort vatten och liknar liknande strukturer som finns i naturen, vilket innebär att de kan bidra till att skapa biomimetiska enheter – verktyg som löser komplexa problem genom att efterlikna saker som finns i den naturliga världen.
Bara ett exempel är "lotuseffekten", där en växts förmåga att rengöra sig bestäms av nanostrukturerna i dess blad.
Forskarna kommer nu att försöka upptäcka om kolnanorörsuppsättningarna verkligen kan döda de bakterier som hotar medicinska implantat. + Utforska vidare
