Применение нанотрубок. Углеродные нанотрубки: применение, свойства и перспективы в различных отраслях

Что такое углеродные нанотрубки. Какими уникальными свойствами они обладают. Где применяются углеродные нанотрубки сегодня и каковы перспективы их использования в будущем. Какие преимущества дает применение нанотрубок в электронике, медицине, очистке воды и других областях.

Что представляют собой углеродные нанотрубки

Углеродные нанотрубки — это цилиндрические молекулы, состоящие из атомов углерода. По сути, они представляют собой свёрнутые в трубку графеновые листы. Диаметр нанотрубок составляет от 0,7 до 50 нанометров, а длина может достигать нескольких сантиметров.

Существует два основных типа углеродных нанотрубок:

• Однослойные — состоят из одного свёрнутого графенового листа
• Многослойные — состоят из нескольких концентрических однослойных трубок

В зависимости от способа свёртывания графенового листа, нанотрубки могут обладать металлической или полупроводниковой проводимостью. Это открывает широкие возможности для их применения в электронике.

Уникальные свойства углеродных нанотрубок

Углеродные нанотрубки обладают рядом уникальных свойств, которые делают их перспективным материалом для различных применений:

• Сверхвысокая прочность — в 100 раз прочнее стали при гораздо меньшем весе
• Отличная электропроводность — проводят электрический ток лучше меди
• Высокая теплопроводность — превосходит теплопроводность алмаза
• Химическая и термическая стабильность
• Большая удельная поверхность
• Способность к капиллярному эффекту

Такое сочетание свойств делает углеродные нанотрубки универсальным материалом, который может найти применение в самых разных областях — от электроники до медицины.

Применение углеродных нанотрубок в электронике

Одна из самых перспективных областей применения углеродных нанотрубок — электроника. Благодаря своим уникальным электрическим свойствам, они могут использоваться для создания:

• Сверхбыстрых транзисторов
• Проводящих прозрачных покрытий для дисплеев
• Гибкой электроники
• Суперконденсаторов и аккумуляторов повышенной ёмкости
• Сенсоров и датчиков

Например, компания Samsung уже продемонстрировала прототипы гибких дисплеев на основе графена и углеродных нанотрубок. А компания FastCAP Systems разрабатывает суперконденсаторы с электродами из нанотрубок, которые могут заряжаться за секунды.

Углеродные нанотрубки в очистке воды

Одно из важнейших применений углеродных нанотрубок — создание эффективных систем очистки воды. Благодаря своей пористой структуре и большой удельной поверхности, нанотрубки способны отфильтровывать даже мельчайшие загрязнения.

Американская компания Seldon Technologies разработала систему очистки воды на основе мембран из углеродных нанотрубок. Эта система способна удалять из воды:

• Бактерии
• Вирусы
• Цисты
• Споры
• Токсичные химические вещества
• Растворенные соли

При этом система не требует использования химикатов, тепла или электроэнергии. Это делает ее идеальной для применения в развивающихся странах, где проблема чистой питьевой воды стоит особенно остро.

Перспективы применения нанотрубок в медицине

Углеродные нанотрубки обладают большим потенциалом для применения в медицине и биотехнологиях. Основные направления исследований включают:

• Адресную доставку лекарств
• Диагностику заболеваний
• Регенеративную медицину
• Создание биосенсоров
• Разработку новых методов лечения рака

Например, ученые разрабатывают методы использования нанотрубок для доставки противоопухолевых препаратов непосредственно в раковые клетки. Это позволит повысить эффективность лечения и снизить побочные эффекты.

Другое перспективное направление — создание искусственных мышц и нервных волокон на основе нанотрубок. В будущем это может помочь в лечении травм спинного мозга и других неврологических заболеваний.

Использование нанотрубок в композитных материалах

Добавление углеродных нанотрубок в различные материалы позволяет значительно улучшить их свойства. Основные области применения нанокомпозитов:

• Спортивный инвентарь (теннисные ракетки, велосипедные рамы)
• Авиакосмическая промышленность
• Автомобилестроение
• Строительство
• Защитные материалы (бронежилеты)

Например, добавление всего 0,5% нанотрубок в бетон позволяет увеличить его прочность на 30-40%. А композиты с нанотрубками используются для создания сверхлегких и прочных деталей самолетов и автомобилей.

Проблемы и перспективы массового применения нанотрубок

Несмотря на огромный потенциал, массовое применение углеродных нанотрубок пока ограничено рядом факторов:

• Высокая стоимость производства
• Сложность получения нанотрубок с заданными свойствами
• Потенциальные риски для здоровья и окружающей среды
• Технологические сложности интеграции в существующие производства

Однако ученые и инженеры активно работают над решением этих проблем. За последнее десятилетие мировые производственные мощности углеродных нанотрубок выросли более чем в 10 раз и сейчас превышают несколько тысяч тонн в год.

Многие эксперты считают, что в ближайшие 10-20 лет углеродные нанотрубки найдут широкое применение в различных отраслях и станут таким же распространенным материалом, как пластик или кремний. Это может привести к настоящей технологической революции в электронике, медицине, энергетике и других областях.

Углеродные нанотрубки. Устройство и применение. Особенности

Углеродные нанотрубки – это материал, которым грезят многие ученые. Высокий коэффициент прочности, превосходная тепло- и электропроводность, огнестойкость и весовой коэффициент на порядок выше, чем у большинства известных материалов. Углеродные нанотрубки представляют свернутый в трубку лист графена. Русские ученые Константин Новоселов, а также Андрей Гейм за его открытие получили Нобелевскую премию в 2010 году.

Впервые же наблюдать за углеродными трубками на поверхности железного катализатора могли советские ученые еще в 1952 году. Однако потребовалось пятьдесят лет, чтобы ученые смогли увидеть в нанотрубках перспективный и полезный материал. Одним из поразительных свойств этих нанотрубок является то, что их свойства определяются геометрией. Так от угла скручивания зависят их электрические свойства — нанотрубки могут демонстрировать полупроводниковую и металлическую проводимость.

Многие перспективные направления в нанотехнологиях сегодня связывают именно с углеродными нанотрубками.

Если просто, то углеродные нанотрубки представляют гигантские молекулы или каркасные структуры, которые состоят лишь из атомов углерода. Легко представить такую нанотрубку, если вообразить, что происходит сворачивание в трубку графена – это один из молекулярных слоев графита. Метод сворачивания нанотрубок во многом определяет конечные свойства данного материала.

Естественно, что никто не создает нанотрубки, специально сворачивая их из листа графита. Образуются нанотрубки сами, к примеру, на поверхности угольных электродов либо между ними при дуговом разряде. Атомы углерода при разряде испаряются с поверхности и соединяются между собой. В результате образуются нанотрубки различного вида – многослойные, однослойные и с различными углами закручивания.

Основная классификация нанотрубок как раз идет по числу составляющих их слоев:

• однослойные нанотрубки – самый простой вид нанотрубок. Большая их часть из них имеют диаметр порядка 1 нм при длине, которая может получиться в тысячи раз больше;
• многослойные нанотрубки, состоящих из нескольких слоев графена, они складываются в форме трубки. Между слоями образуется расстояние 0,34 нм, то есть идентичное расстоянию между слоями в кристалле графита.

Устройство

Нанотрубки представляют протяженные цилиндрические структуры углерода, которые могут иметь длину до нескольких сантиметров и диаметр от одного до нескольких десятков нанометров. В то же время сегодня имеются технологии, которые позволяют сплетать их в нити неограниченной длины. Они могут состоять из одной или нескольких графеновых плоскостей, свернутых в трубку, которые обычно заканчиваются полусферической головкой.

Диаметр нанотрубок составляет несколько нанометров, то есть несколько миллиардных долей метра. Стенки углеродных нанотрубок выполнены из шестиугольников, в вершинах которых находятся атомы углерода. Трубки могут иметь разный тип строения, именно он влияет на их механические, электронные и химические свойства. Однослойные трубки имеют меньше дефектов, в то же время после отжига при высокой температуре в инертной атмосфере удается получить и бездефектные варианты трубок. Многослойные нанотрубки отличаются от стандартных однослойных существенно более широким разнообразием конфигураций и форм.

Синтезировать углеродные нанотрубки можно разными способами, но наиболее распространенными являются:

• Дуговой разряд. Метод обеспечивает получение нанотрубок на технологических установках для выработки фуллеренов в плазме дугового разряда, который горит в атмосфере гелия. Но здесь применяются иные режимы горения дуги: более высокое давление гелия и низкие плотности тока, а также катоды большего диаметра. В катодном осадке находятся нанотрубки длиной до 40 мкм, они растут перпендикулярно от катода и объединяются в цилиндрические пучки.
• Метод лазерной абляции. Метод базируется на испарении мишени из графита в специальном высокотемпературном реакторе. Нанотрубки образуются на охлажденной поверхности реактора в виде конденсата испарения графита. Данный метод позволяет преимущественно получать однослойные нанотрубки с контролем необходимого диаметра посредством температуры. Но указанный метод существенно дороже других.
• Химическое осаждение из газовой фазы. Данный метод предполагает подготовку подложки со слоем катализатора – это могут быть частицы железа, кобальта, никеля или их комбинаций. Диаметр нанотрубок, выращенных указанным способом, будет зависеть от размера используемых частиц. Подложка нагревается до 700 градусов. Для инициации роста нанотрубок вводятся в реактор углеродосодержащий газ и технологический газ (водород, азот или аммиак). Нанотрубки растут на участках катализаторов из металла.

Применения и особенности

• Применения в фотонике и оптике. Подбирая диаметр нанотрубок можно обеспечить оптическое поглощение в большом спектральном диапазоне. Однослойные углеродные нанотрубки проявляют сильную нелинейность насыщающегося поглощения, то есть при достаточно интенсивном свете они становятся прозрачными. Поэтому они могут применяться для разных приложений в области фотоники, к примеру, в маршрутизаторах и коммутаторах, для создания ультракоротких лазерных импульсов и регенерации оптических сигналов.
• Применение в электронике. На данный момент заявлено множество способов использования нанотрубок в электронике, однако реализовать удается лишь небольшую ее часть. Наибольший интерес вызывает применение нанотрубок в прозрачных проводниках в качестве термоустойчивого межфазного материала.

Актуальность попыток внедрения нанотрубок в электронике вызвано необходимостью замены индия в теплоотводах, которые применяются в транзисторах большой мощности, графических процессорах и центральных процессорах, ведь запасы этого материала уменьшаются, а цена на него растет.

• Создание сенсоров. Углеродные нанотрубки для сенсоров – одно из наиболее интересных решений. Ультратонкие пленки из одностенных нанотрубок на данный момент могут стать наиболее лучшей основой для электронных сенсоров. Производить их можно с применением разных методов.
• Создание биочипов, биосенсоров, контроля адресной доставки и действия лекарств в биотехнологической отрасли. Работы в данном направлении сегодня вовсю ведутся. Высокопроизводительный анализ, выполняемый с использованием нанотехнологий, позволит существенно уменьшить время, которое нужно для вывода технологии на рынок.
• Сегодня резко растет производство нанокомпозитов, в основном полимерных. При введении в них даже небольшого количества углеродных нанотрубок обеспечивается существенное изменение свойств полимеров. Так у них повышается термическая и химическая устойчивость, теплопроводность, электропроводность, улучшаются механические характеристики. Усовершенствованы десятки материалов при помощи добавления в них углеродных нанотрубок;

— композитные волокна на основе полимеров с нанотрубками;
— керамические композиты с добавками. Увеличивается трещиностойкость керамики, появляется защита электромагнитного излучения, увеличивается электро- и теплопроводность;
— бетон с нанотрубками – повышается марка, прочность, трещиностойкость, уменьшается усадка;
— металлические композиты. Особенно медные композиты, у которых механические свойства в несколько раз выше, чем у обычной меди;
— гибридные композиты, в которых содержатся сразу три компонента: неорганические или полимерные волокна (ткани), связующее вещество и нанотрубки.

Достоинства и недостатки

Среди достоинств углеродных нанотрубок можно отметить:

• Множество уникальных и по-настоящему полезных свойств, которые можно применять в области внедрения энергоэффективных решений, фотоники, электроники, и иных приложений.
• Это наноматериал, который обладает высоким коэффициентом прочности, превосходной тепло- и электропроводностью, огнестойкостью.
• Улучшение свойств других материалов при внедрении в них небольшого количества углеродных нанотрубок.
• Углеродные нанотрубки с открытым концом проявляют капиллярный эффект, то есть они могут втягивать в себя расплавленные металлы и иные жидкие вещества;
• Нанотрубки сочетают в себе свойства твердого тела и молекул, что открывает значительные перспективы.

Среди недостатков углеродных нанотрубок можно отметить:

• Углеродные нанотрубки на данный момент не производятся в промышленных масштабах, поэтому их серийное применение ограничено.
• Стоимость производства углеродных нанотрубок высока, что также ограничивает их применение. Тем не менее, ученные усиленно работают над снижением себестоимости их производства.
• Необходимость совершенствования технологий производства для создания углеродных нанотрубок с точно заданными свойствами.

Перспективы

В ближайшем будущем углеродные нанотрубки будут применяться повсеместно, из них будут создаваться:

• Нановесы, композитные материалы, сверхпрочные нити.
• Топливные элементы, прозрачные проводящие поверхности, нанопровода, транзисторы.
• Новейшие нейрокомпьютерные разработки.
• Дисплеи, светодиоды.
• Устройства для хранения металлов и газов, капсулы для активных молекул, нанопипетки.
• Медицинские нанороботы для доставки лекарств и проведения операций.
• Миниатюрные датчики с ультравысокой чувствительностью. Такие нанодатчики могут найти применение в биотехнологических, медицинских и военных применениях.
• Трос для космического лифта.
• Плоские прозрачные громкоговорители.
• Искусственные мышцы. В будущем появятся киборги, роботы, инвалиды будут возвращаться к полноценной жизни.
• Двигатели и генераторы энергии.
• Умная, легкая и комфортная одежда, которая будет защищать от любых невзгод.
• Безопасные суперконденсаторы с быстрой зарядкой.

Все это в будущем, ведь промышленные технологии создания и использования углеродных нанотрубок находятся на начальном этапе развития, а цена их крайне дорога. Но российские ученые уже заявили, что они нашли способ снизить стоимость создания этого материала в двести раз. Эта уникальная технология производства углеродных нанотрубок на данный момент держится в секрете, но она должна произвести революцию в промышленности и во многих иных областях.

Похожие темы:

• Графен. Устройство и применение. Особенности и перспективы
• Метаматериалы. Виды и устройство. Работа и применение
• Неодимовые магниты. Устройство и применение. Виды
• Суперконденсаторы. Устройство и применение. Виды и работа
• Свойства полупроводников. Устройство и работа. Применение
• Аэрогель. Виды и применение. Плюсы и минусы. Особенности

ВОЗМОЖНОСТИ БИОМЕДИЦИНСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК | Митрофанова

1. Mahmood M. Cytotoxicity and biological effects of functional nanomaterials delivered to various cell lines // J. Appl. Toxi-col. 2010. No. 30. P. 74–83.

2. Cheng J., Meziani M.J., Sun Y.-P., Cheng S.H. Poly(ethylene glycol)-conjugated multi-walled carbon nanotubes as an efficient drug carrier for overcoming multidrug resistance // Toxicology and Applied Pharmacology. 2011. No. 250. P. 184–193.

3. Bi S., Zhou H., Zhang S. Multilayers enzyme-coated carbon nanotubes as biolabel for ultrasensitive chemiluminescence immunoassay of cancer biomarker // Biosensors and Bioelectronics. 2009. No. 24. P. 2961–2966.

4. Yang F., Hu J., Yang D., Long J., Luo G., Jin C., Yu X., Xu J., Wang C., Ni Q., Fu D. Pilot study of targeting magnetic carbon nanotubes to lymph nodes // Nanomed. 2009. No. 4. P. 317–330.

5. Yinghuai Z., Peng A.T., Carpenter K., Maguire J.A., Hosmane N.S., Takagaki M. Substituted carborane-appended water-soluble single-wall carbon nanotubes: new approach to boron neutron capture therapy drug delivery // J. Am. Chem. Soc. 2005. № 127. P. 9875–9880.

6. Vivek S.T., Manasmita D., Amit K.J., Swapnil P., Sanyong J. Carbon nanotubes in cancer theragnosis // Nanomedecine. 2010. No. 5. P. 1277–1301.

7. Pacurari M., Yin X, Zhao J., Ding M., Leonard S., Schwegler-Berry D., Ducatman B., Sbarra D., Hoover M., Castranova V., Vallyathan V. Raw single-wall carbon nanotubes induce oxidative stress and active MAPKs, AP-1, NF-KappaB, and AKT in normal and malignant human mesothelial cells // Environmental Health Perspectives. 2008. V. 116, no. 9. P. 1211–1217.

8. Lam C.W, James J.T, McCluskey R., Hunter R.L. Pulmonary toxicity of single-wall carbon nanotubes in mice 7 and 90 days intratracheal instillation // Toxicol. Sci. 2004. No. 77. P. 126–134.

9. Mercer R.R., Scabilloni J., Wang L., Kisin E., Murray A.R., Schwegler-Berry D. Alteration of deposition pattern and pulmonary response as a result of improved dispersion of aspirated single-walled carbon nanotubes in a mouse model // Am. J. Physiol. Lung. Cell. Mol. Physiol. 2008. No. 294. P. 87–97.

10. Folkmann J., Risom L., Jacobsen N., Wallin H., Loft S., Meller P. Oxidatively damaged DNA in rats exposed by oral gavage to C60 fullerenes and single-walled carbon nanotubes // Environmental Health Perspectives. 2009. V. 117, no. 5. P. 1557–1566

11. Ma Y., Zheng Y., Huang X., Xi T., Lin X., Han D., Song W. Mineralization behavior and interface properties of BG-PVA/bone composite implants in simulated body fluid // Biomed Mater. 2010. V. 2, no. 5. P. 25003

12. Tsuda H., Xu J., Sakai Y., Futakuchi M., Fukamachi K. Toxicology of engineered nanomaterials – a review of carcinogenic potential // Asian Pacific Journal of Cancer Prevention. 2009. V. 10. P. 975–980.

13. Reilly R.M. Carbon nanotubes: potential benefits and risks of nanotechnology in nuclear medicine // The J. of nuclear medicine. 2007. V. 48, no. 7. P. 1039–1042.

14. Sato Y., Yokoyama A., Shibata K. and al. Influence of length on cytotoxicity of multi-walled carbon nanotubes against human acute monocytic leukemia cell line THP-1 in vitro and subcutaneous tissue of rats in vivo // Mol. BioSyst. 2005. no. 1. P. 176–182.

15. Yamashita K. Carbon nanotubes elicit DNA damage and inflammatory response relative to their size and shape // Inflammation. 2010. V. 33, no. 4. P. 276–280.

16. Shvedova A.A., Fabisiak J.P., Kisin E R., Murray A.R., Roberts J.R., Tyurina Y.Y. Sequential exposure to carbon nanotubes and bacteria enhances pulmonary inflammation and infectivity // Am. J. Respir. Cell. Mol. Biol. 2008. V. 5, no. 38. P. 579−590.

17. Carter A. Learning from history: understanding the carcinogenic risks of nanotechnology // News JNCI. 2008. V. 100, no. 23. P. 1664–1665.

18. Pan B., Cui D., Xu P., Ozkan C., Feng G., Ozkan M., Huang T., Chu B., Li Q., He R., Hu G. Synthesis and characterization of polyamidoaminedendrimer-coated multi-walled carbon nanotubes and their application in gene delivery systems // Nanotechnology. 2009. No. 20. P. 10–33.

19. Benito J.M., Garcia M.G., Mellet C.O., Baussanne I., Defaye J., Fernandez M.G. Optimizing saccharide-directed molecular delivery to biological receptors: design, synthesis, and biological evaluation of glycodendrimer-cyclodextrin conjugates // J. Am. Chem. Soc. 2004. No. 126. P. 1035–1040.

20. Cui D., Tian F., Ozkan CS., Wang M., Gao H. Effect of single wall carbon nanotubes on human HEK293 cells // Toxicol. Lett. 2005. V. 1, no. 155. P. 73–85.

21. Bartholomeusz J., Cherukuri P., Kingston J. , Cognet L., Lemos R., Leeuw T.K., Russo G., Weisman R., Powis G. In vivo therapeuticsilencing of Hypoxia-Inducible Factor 1 alpha (HIF-1α) using single walled carbon nanotubes noncovalently coated with siRNA // Nano Res. 2009. V. 4, no. 2. P. 279–291.

22. Zheng M., Jagota A., Semke E.D., Diner B.A., Mclean R.S., Lustig S.R., Richardson R.E., Tassi N.G. DNA-assisted dispersion and separation of carbon nanotubes // Nat. Mater. 2003. No. 2. P. 338–342.

23. Coccinia T., Rodab E., Sarigiannisc D.A., Mustarellid P., Quartaroned E., Profumoe A., Manzoa L. Effects of water-soluble functionalized multi-walled carbon nanotubes examinated by different cytotoxicity methods in human astrocyte D384 and lung A549 cells // Toxicology. 2010. No. 269. P. 41–53.

24. Shvedova A.A., Kisin E.R., Porter P., Schulte P., Kagan V.E., Fadeel B., Castranova V. Mechanism of pulmonary toxicity and medical applications of carbon nanotubes: two faces of Janus? // Pharmacology & Therapeutics. 2009. No. 121. P. 192–204.

25. Bhirde A.A., Patel V.,Gavard J., Zhang G., Sousa A.A, Masedunskas A., Leapman R.D., Weigert R., Gutkind J. Targeted killing of cancer cells in vivo and in vitro with EGF-directed carbon nanotube-based drug delivery // ACS Nano. 2009. V. 2, no. 3. P. 307–316.

26. Singh R., Pantarotto D., McCarthy D. Binding and condensation of plasmid DNA onto functionalized carbon nanotubes: toward the construction of nanotube No. 127. P. 4388.

27. Ji S., Liu C., Zhang B., Yang F. Carbon nanotubes in cancer diagnosis and therapy // Biochimica et Biophysica Acta. 2010. No. 1806. P. 1121–112.

28. McDevitt M.R., Chattopadhyay D., Jaggi J.S., Finn R.D., Zanzonico P.B., Villa C., Rey D., Mendenhall J., Batt C.A., Njardarson J.T., Scheinberg D.A. PET imaging of soluble yttrium-86-labeled carbon nanotubes in mice // PLoS ONE. 2007. No. 2. P. 145–167.

29. Kaul G., Amiji M. Biodistribution and targeting potential of poly(ethylene glycol)-modified gelatin nanoparticles in subcutaneous murine tumor model // J. Drug Target. 2004. V. 9–10, no. 12. P. 585–591.

30. Otsuka H., Nagasaki Y., Kataoka K. PEGylated nanoparticles for biological and pharmaceutical applications // Adv. Drug. Deliv. Rev. 2003. № 55. P. 403–419.

31. Duong H.M., Papavassiliou D.V., Mullen K.J. et al. Computational modeling of the thermal conductivity of single-walled carbon nanotube-polymer composites // Int. J. Heat Mass Transfer. 2009. V. 23–24, no. 52. P. 5591–5597.

32. Bianco A., Kostarelos K., Partidos C.D., Prato M. Biomedical applications of functionalized carbon nanotubes // Chem. Commun. (Cambridge, UK). 2005. № 5. P. 571–577.

33. Chen J., Chen S., Zhao X.,Kuznetsova L.V., Wong S.S., Ojima I. Functionalized single-walled carbon nanotubes as rationally designed vehicles for tumor-targeted drug delivery // J. Am. Chem. Soc. 2008. V. 49, no. 130. P. 16778–16785.

34. Sayes C., Liang F., Hudson J., Mendez J., Guo W., Beach J., Moore V., Doyle C., West J., Billups W., Ausman K., Colvin V. Functionalization density dependence of single-walled carbon nanotubes cytotoxicity in vitro // Toxicol. Lett. 2006. No. 161. P. 135–42.

35. McDevitt M.R. Tumor targeting with antibody-functionalized, radiolabeled carbon nanotubes // The J. of nuclear medicine. 2007. V. 48, no. 7. P. 1180–1189.

36. Bianco A., Kostarelos K., Prato M. Applications of carbon nanotubes in drug delivery // Curr. Opin. Chem. Biol. 2005. No. 9. P. 674–679.

37. De La Zerda A., Zavaleta C., Keren S. Carbon nanotubes as photoacoustic molecular imaging agent in living mice // Nat. Nanotechnol. 2008. V. 9, no. 3. P. 557–562.

38. Yu X., Zhang Y., Chen C., Yao Q., Li M. Targeted drug delivery in pancreatic cancer // Biochimica et Biophysica Acta. 2010. No. 1805. P. 97–104.

39. Kateb B., Yamamoto V., Alizadeh D., Zhang L., Manohara H.M., Bronikowski M.J., Badie B. Multi-walled carbon nanotube (MWCNT) synthesis, preperetion, labeling, and functionalization // Immunotherapy of Cancer, Methods in Molecular Biology. 2010. No. 651. P. 307–317.

40. Ting G., Chang C.-H. and Wang H. Cancer nanotergeted radiopharmaceutical for tumor imaging and therapy // Anticancer Researche. 2009. No. 29. P. 4107–4118.

41. Pastorin G., Wu W., Wieckwski S., Briand J.P., Kostarelos K., Prato M., BiancoA. Double functionalization of carbon nanotubes for multimodal drug delivery // Chem. Commun. 2006. No. 11. P. 1182–1184.

42. Mahmood M., Karmakar A., Fejleh A., Mocan T., Iancu C., Mocan L., Iancu D.T., Xu Y., Dervishi E., Li Z., Biris A.R., Agarwal R., Ali N., Galanzha E.I., Biris A.S., Zharov V.P. Synergistic enhancement of cancer therapy using a combination of carbon nanotubes and anti-tumor drug // Nanomedicine. (London). 2009. No. 4. P. 883–893.

43. Dumortier H., Lacotte S., Pastorin G., Marega R., Wu W., Bonifazi D., Briand J.P., Prato M., Muller S., Bianco A. Functionalized carbon nanotubes are non-cytotoxic and preserve the functionality of primary immune cells // Nano Lett. 2006. No. 6. P. 1522–1528.

44. Liu Z., Davis C., Cai W., He L., Chen X., Dai H. Circulation and long-term fate of functionalized, biocompatible single-walled carbon nanotubes in mice probes by Raman spectroscopy // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2008. No. 105. P. 1410–1415.

45. Weng X., Wang M., Ge J., Yu S., Liu B., Zhong J., Kong J. Carbon nanotubes as a protein toxin transporter for selective HER2-positive breast cancer cell destruction // Mol. BioSyst. 2009. № 5. P. 1224–1231.

46. Liu Z., Fan A.C., Rakhra K., Sherlock S., Goodwin A., Chen X., Yang Q., Felsher D.W., Dai H. Supramolecular stacking of doxorubicin on carbon nanotubes for in vivo cancer therapy // Angew. Chem. Int. Ed Engl. 2009. V. 41, no. 48. P. 7668–7672.

47. Subbiah R.P., Veerapandian M., Sadhasivam S., Yun K. Structural and biological evaluation of a multifunctional SWCNT-AgNPs-DNA/PVA bio-nanofilm // Electronic supplementary material. 2011. No. 4. P. 547–560.

Углеродные нанотрубки находят применение в реальном мире

Углеродные нанотрубки. Кредит: Майкл Де Волдер

Никто не спорит с тем, что углеродные нанотрубки могут стать чудо-технологией: их свойства включают более высокую теплопроводность, чем у алмаза, большую механическую прочность, чем у стали (на несколько порядков по весу), и лучшую электропроводность, чем у меди.

Но, как и в случае с другими «великими технологиями будущего», не слишком ли мы расхваливаем нанотрубки? Готовы ли они пройти настоящее испытание — испытание на широкое практическое использование? Ответ квалифицированный да. Успех углеродных нанотрубок (УНТ) подтверждается удивительной статистикой: мировые коммерческие производственные мощности в настоящее время превышают несколько тысяч тонн в год, по словам доктора Майкла Де Волдера, недавно назначенного лектором на инженерном факультете Института производства. Но это уровень производства, на достижение которого ушло около 20 лет.

«Началу широкомасштабных исследований углеродных нанотрубок предшествовал первый научный отчет об УНТ в 1990-х годах, хотя о полых углеродных нанонитях сообщалось еще в 1950-х», — говорит доктор Де Волдер. «Однако коммерческая деятельность, связанная с углеродными нанотрубками, значительно выросла за последнее десятилетие. С 2006 года мировые мощности по производству углеродных нанотрубок увеличились как минимум в десять раз».

Недавний научный обзор доктора Де Волдера о коммерчески доступных применениях углеродных нанотрубок дает представление о том, насколько широкое реальное влияние начинает оказывать технология [M. Де Волдер и др., Science 339, 2013]. Возьмем, к примеру, очистители воды. Размер, площадь поверхности и адсорбционные свойства углеродных нанотрубок делают их идеальной мембраной для фильтрации токсичных химических веществ, растворенных солей и биологических загрязнителей из воды. Американская компания Seldon Technologies разработала систему минеральной воды, используя свою «технологию очистки Nanomesh» — систему фильтрации из углеродных нанотрубок — именно для этого. Компания заявляет, что ее система доставляет питьевую воду без использования химикатов, тепла или электроэнергии: это жизненно важно для использования в развивающихся странах, где она больше всего нужна. Фильтр удаляет болезнетворные микроорганизмы и загрязнители, такие как вирусы, бактерии, цисты и споры, доставляя воду, которая соответствует или превосходит стандарты питьевой воды USEPA.

По словам Селдона, он подходит для использования в домах, офисах, школах, клиниках и других коммерческих помещениях.

Огромная площадь поверхности углеродных нанотрубок также используется, когда они используются в качестве электродов в батареях и конденсаторах, чтобы обеспечить больший ток и лучшую электрическую и механическую стабильность, чем другие материалы. Мировые исследования в этой области способствовали развитию коммерческой деятельности таких компаний, как Showa Denko (Batteries, Япония) и FastCAP (Supercaps, США). Свойства углеродных нанотрубок делают их идеальными для улучшения различных видов конструкций — например, спортивного инвентаря, бронежилетов, транспортных средств и т. д., где они находят широкое применение. Нанотрубки создают сети внутри композитного материала, например, для увеличения жесткости и демпфирования материала.

Производители спортивных товаров используют их в ракетках для тенниса и бадминтона, а также в велосипедных рамах. Но хотя углеродные нанотрубки используются в практических приложениях, это не означает, что их более широкое использование не будет беспроблемным.

«Есть ряд препятствий, которые мы еще не решили», — говорит доктор Де Волдер. «В частности, в задачах высокого класса, таких как поиск лучших транзисторов, точная морфология нанотрубки и ориентация решетки графена относительно оси трубки — называемая ее хиральностью — действительно важны. На данный момент у нас есть небольшая способность синтезировать углеродные нанотрубки с определенными типами хиральности, и именно это определяет полупроводниковые свойства углеродных нанотрубок по сравнению с проводящими [9].0003

«Одним из интересных моментов является улучшение компьютерного моделирования того, как синтезируются углеродные нанотрубки, что, мы надеемся, позволит нам настроить процесс изготовления. А электронная микроскопия позволяет смотреть на углеродные нанотрубки, пока они формируется, что помогает лучше понять процесс».

Сам доктор Де Волдер работает над проблемой массового производства устройств, содержащих от сотен до тысяч нанотрубок.

«К сожалению, когда вы соединяете их вместе в больших количествах, показатели качества их свойств часто разочаровывают по сравнению с тем, что вы получаете от отдельной углеродной нанотрубки. Я пытаюсь разработать методы объединения частиц более эффективными способами, или изучение новых свойств материалов в зависимости от того, как вы соединяете углеродные нанотрубки».

Тем не менее, прогресс в настоящее время наблюдается с ОСНТ: британская компания Thomas Swan является мировым лидером в производстве ОСНТ из материала Эликарб, который в настоящее время используется в таких областях, как передовые композиты, электроника, хранение энергии, печать, бумага и упаковка, а также топливные элементы. .

Еще одна недавняя разработка в области SWNT, о которой в июне объявила компания Linde Electronics, — это разработка чернил на основе углеродных нанотрубок для использования в дисплеях, датчиках и других электронных устройствах. Потенциальные приложения включают смартфоны со сворачивающимся экраном и просвечивающее устройство GPS, встроенное в лобовое стекло автомобиля.

«Теперь компания Linde предоставляет свои чернила на основе нанотрубок разработчикам, — говорит д-р Сиан Фогден, менеджер по развитию рынка и технологий подразделения наноматериалов компании Linde. «Эти чернила содержат одностенные углеродные нанотрубки и производятся без повреждения или укорачивания нанотрубок, поэтому они сохраняют уникальные свойства нанотрубок».

Компания Linde утверждает, что это знаменательная разработка, которая значительно улучшает характеристики прозрачных проводящих тонких пленок, изготовленных из чернил, и открывает двери для разработки приложений с углеродными нанотрубками не только в бытовой электронике, но также в секторах здравоохранения и производства датчиков.

Поскольку нанотрубки длинные и тонкие, между ними действуют большие силы Ван-дер-Ваальса, и они слипаются. Стандартный способ их разделения — использование мощных звуковых волн. Но это может повредить нанотрубки и повлиять на их свойства.

«С нашими чернилами мы используем процесс, называемый электростатическим отталкиванием, усиленным солью (SEER), который не требует обработки ультразвуком, но позволяет получать растворы отдельных углеродных нанотрубок при сохранении длины нанотрубки», — говорит доктор Фогден. «Только совсем недавно начали производиться такие продукты, как сенсорные экраны, которые содержат одностенные углеродные нанотрубки, и эти устройства еще не выпущены на полноценный потребительский рынок. каким образом они будут использоваться в бытовой электронике в больших масштабах».

Другая недавняя интригующая разработка в области электроники и вычислительной техники принадлежит американской компании Nantero, которая заявляет, что занимается коммерциализацией полупроводниковых устройств на основе углеродных нанотрубок, включая память, логику и другие.

«Мы разработали NRAM, энергонезависимую оперативную память высокой плотности, и цель состоит в том, чтобы она служила универсальной технологией памяти», — говорит генеральный директор Грег Шмергель. «NRAM может производиться как для автономных, так и для встроенных приложений памяти, а образцы уже отправлены отдельным клиентам и находятся в стадии разработки на нескольких производственных фабриках КМОП компанией Nantero и ее лицензиатами. Эти образцы представляют собой мультимегабитные массивы, демонстрирующие высокую производительность, высокую скорость и надежность. и низкое энергопотребление».

Nantero утверждает, что является первой компанией, активно разрабатывающей полупроводниковые продукты с использованием углеродных нанотрубок, пригодных для производства на стандартной КМОП-фабрике.

«Главным препятствием в прошлом было то, что углеродные нанотрубки не были совместимы с существующими полупроводниковыми фабриками», — говорит Шмергель. «В Nantero мы решили эту проблему, разработав совместимый с КМОП материал из углеродных нанотрубок, который можно использовать на любом заводе в мире, и производственные процессы, совместимые с существующим оборудованием для производства полупроводников. потрясающе на больших объемах

Использование существующих процессов означает гораздо более высокую надежность и воспроизводимость». Материал углеродных нанотрубок Nantero для микроэлектроники теперь доступен на коммерческой основе через лицензиата Brewer Science. , команда объявила о первом функционирующем компьютере, построенном из углеродных нанотрубок.Несмотря на то, что он содержит всего 178 транзисторов и работает на частоте 1 кГц, компьютер, тем не менее, является «полным по Тьюрингу», то есть он может делать все, что могут делать сегодняшние машины, только намного медленнее.

Но через несколько лет миллиарды углеродных нанотрубок могут оказаться на наших столах и в наших карманах.

Дополнительная информация: Документ доступен в Интернете: www.eng.cam.ac.uk/uploads/news … r13sciencereview.pdf

Предоставлено Кембриджский университет

Цитата : Углеродные нанотрубки находят применение в реальном мире (31 марта 2014 г.) получено 3 декабря 2022 г. с https://phys.org/news/2014-03-carbon-nanotubes-real-world-applications.html

Этот документ защищен авторским правом. Помимо любой добросовестной сделки с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.

Применение углеродных нанотрубок в биотехнологии и биомедицине

1. Hartgerink JD, Beniash E, Stupp SI. Самосборка и минерализация пептидно-амфифильных нановолокон. Наука. 2001; 294:1684. [PubMed] [Google Scholar]

2. Chang TM, Prakash S. Процедуры микрокапсулирования ферментов, клеток и генетически модифицированных микроорганизмов. Мол Биотехнолог. 2001; 17:249. [PubMed] [Google Scholar]

3. Chan WCW, Nei S. Биоконъюгаты с квантовыми точками для сверхчувствительного неизотопного обнаружения. Наука. 1998;281:2016. [PubMed] [Google Scholar]

4. Cao YWC, Jin RC, Mirkin CA. Наночастицы с рамановскими спектроскопическими отпечатками пальцев для обнаружения ДНК и РНК. Наука. 2002; 297:1536. [PubMed] [Google Scholar]

5. Koltover I, Salditt T, Radler JO, Safinya CR. Перевернутая гексагональная фаза комплексов катионная липосома-ДНК, связанная с высвобождением и доставкой ДНК. Наука. 1998; 281:78. [PubMed] [Google Scholar]

6. Ульрих К.Е., Канниццаро ​​С.М., Лангер Р.С., Шакешев К.М. Полимерные системы для контролируемого высвобождения лекарств. Хим. ред. 1999;99:3181. [PubMed] [Google Scholar]

7. Иидзима С. Спиралевидные микротрубочки графитового углерода. Природа. 1991; 354:56. [Google Scholar]

8. Иидзима С., Ичихаши Т. Однослойные углеродные нанотрубки диаметром 1 нм. Природа. 1993; 363:603. [Google Scholar]

9. Эббесен Т.В., Аджаян П.М. Крупномасштабный синтез углеродных нанотрубок. Природа. 1992; 358:220. [Google Scholar]

10. Rao CNR, Govindaraj A. Углеродные нанотрубки из металлоорганических прекурсоров. Acc Chem Res. 2002;35:998. [PubMed] [Google Scholar]

11. Ren ZF, Huang ZP, Xu JW, Wang JH, Bush P, Siegal MP, Provencio PN. Синтез больших массивов хорошо ориентированных углеродных нанотрубок на стекле. Наука. 1998; 282:1105. [PubMed] [Google Scholar]

12. Dresselhaus MS, Dresselhaus G, Eklund PC. Наука о фуллеренах и углеродных нанотрубках. Академический; San Diego: 1996. [Google Scholar]

13. Qin LC, Zhao X, Hirahara K, Miyamoto Y, Ando Y, Iijima S. Самая маленькая углеродная нанотрубка. Природа. 2000;408:50. [PubMed] [Академия Google]

14. Ван Н., Тан З.К., Ли Г.Д., Чен Дж.С. Массивы одностенных 4 A углеродных нанотрубок. Природа. 2000;408:50. [PubMed] [Google Scholar]

15. Journet C, Maser WK, Bernier P, Loiseau A, Lamy de la Chappelle M, Lefrant S, Deniard P, Lee R, Fischer JE. Крупномасштабное производство одностенных углеродных нанотрубок электродуговым методом. Природа. 1997; 388:756. [Google Scholar]

16. Ринцлер А.Г., Лю Дж., Дай Х., Николаев П., Хаффман С.Б., Родригес-Масиас Ф.Дж., Бул П.Дж., Лу А.Х., Хейманн Д., Колберт Д.Т., Ли Р.С., Фишер Дж.Е., Рао А.М., Эклунд ПК, Смолли RE. Крупномасштабная очистка одностенных углеродных нанотрубок: процесс, продукт и характеристика. Прил. физ. А. 1998;67:29. [Google Scholar]

17. Кассель А.М., Рэймакерс Дж.А., Конг Дж., Дай Х. Крупномасштабный CVD-синтез одностенных углеродных нанотрубок. J Phys Chem B. 1999; 103:6484. [Google Scholar]

18. Юдасака М., Кикучи Р., Мацуи Т., Оки Ю., Йошимура С., Ота Э. Особые условия для роста углеродных нанотрубок, катализируемых никелем, методом химического осаждения из паровой фазы. Appl Phys Lett. 1995;67:2472. [Google Scholar]

19. Su M, Zheng B, Liu J. Масштабируемый метод CVD для синтеза одностенных углеродных нанотрубок с высокой производительностью катализатора. Письмо о хим. физике. 2000;322:321. [Академия Google]

20. Николаев П., Брониковски М.Дж., Брэдли Р.К., Рохмунд Ф., Колберт Д.Т., Смит К.А., Смолли Р.Е. Газофазный каталитический рост одностенных углеродных нанотрубок из монооксида углерода. Письмо о хим. физике. 1999; 313:91. [Google Scholar]

21. Mintmire JW, Dunlap BI, White CT. Являются ли фуллереновые трубочки металлическими? Phys Rev Lett. 1992;68:631. [PubMed] [Google Scholar]

22. Хамада Н., Савада С.И., Осияма А. Новые одномерные проводники: графитовые микротрубочки. Phys Rev Lett. 1992; 68:1579. [PubMed] [Академия Google]

23. Сайто Р., Фудзита М., Дрессельхаус Г., Дрессельхаус М.С. Электронная структура хиральных графеновых трубочек. Appl Phys Lett. 1992;60:2204. [Google Scholar]

24. Сайто Р., Дрессельхаус Г., Дрессельхаус М.С. Физические свойства углеродных нанотрубок. Издательство Имперского колледжа; Singapore: 1998. [Google Scholar]

25. Kataura H, Kumazawa Y, Maniwa Y, Umezu I, Suzuki S, Ohtsuka Y, Achiba Y. Оптические свойства одностенных углеродных нанотрубок. Синт Мет. 1999;103:2555. [Академия Google]

26. Chen J, Hamon MA, Hu H, Chen Y, Rao AM, Eklund PC, Haddon RC. Растворные свойства одностенных углеродных нанотрубок. Наука. 1998; 282:95. [PubMed] [Google Scholar]

27. Hu H, Zhao B, Hamon MA, Kamaras K, Itkis ME, Haddon RC. Функционализация боковых стенок одностенных углеродных нанотрубок добавлением дихлоркарбена. J Am Chem Soc. 2003; 125:14893. [PubMed] [Google Scholar]

28. O’Connell MJ, Bachilo SM, Huffman CB, Moore VC, Strano MS, Haroz EH, Rialon KL, Boul PJ, Noon WH, Kittrell C, Ma J, Hauge RH, Weisman BR, Смолли RE. Флуоресценция запрещенной зоны от отдельных однослойных углеродных нанотрубок. Наука. 2002;297:593. [PubMed] [Google Scholar]

29. Bachilo SM, Strano MS, Kittrell C, Hauge RH, Smalley RE, Weisman RB. Структурно заданные оптические спектры одностенных углеродных нанотрубок. Наука. 2002; 298:2361. [PubMed] [Google Scholar]

30. Strano MS, Dyke CA, Usrey ML, Barone PW, Allen MJ, Shan H, Kittrell C, Hauge RH, Tour JM, Smalley RE. Электронный контроль структуры функционализации одностенных углеродных нанотрубок. Наука. 2003;301:1519. [PubMed] [Google Scholar]

31. Камарас К., Иткис М.Е., Ху Х., Чжао Б., Хэддон Р.С. Образование ковалентной связи с металлом углеродных нанотрубок. Наука. 2003;301:1501. [PubMed] [Академия Google]

32. Moon JM, An KH, Lee YH, Park YS, Bae DJ, Park GS. Высокопроизводительный процесс очистки однослойных углеродных нанотрубок. J Phys Chem B. 2001; 105:5677. [Google Scholar]

33. Чанг И.В., Бринсон Б.Е., Смолли Р.Е., Маргрейв Д. Л., Хауге Р.Х. Очистка и характеристика одностенных углеродных нанотрубок, полученных при разложении CO в газовой фазе (процесс HiPco) J Phys Chem B. 2001;105:1157. [Google Scholar]

34. Niyogi S, Hu H, Hamon MA, Bhowmik P, Zhao B, Rozenzhak SM, Chen J, Itkis ME, Meier MS, Haddon RC. Хроматографическая очистка растворимых однослойных углеродных нанотрубок (s-SWNT) J Am Chem Soc. 2001; 123:733. [PubMed] [Академия Google]

35. Чжао Б., Ху Х., Нийоги С., Иткис М.Е., Хамон М., Бховмик П., Мейер М.С., Хэддон Р.С. Хроматографическая очистка и свойства растворимых однослойных углеродных нанотрубок. J Am Chem Soc. 2001; 123:11673. [PubMed] [Google Scholar]

36. Hu H, Zhao B, Itkis ME, Haddon RC. Азотнокислотная очистка однослойных углеродных нанотрубок. J Phys Chem B. 2003; 107:13838. [Google Scholar]

37. Haddon RC, Sippel J, Rinzler AG, Papadimitrakopoulos F. Очистка и разделение углеродных нанотрубок. Бюллетень MRS. 2004;29:252. [Google Scholar]

38. Liu J, Rinzler AG, Dai H, Hafner JH, Bradley RK, Boul PJ, Lu A, Iverson T, Shelimov K, Huffman CB, Rodriguez-Macias F, Shon Y-S, Lee TR, Colbert ДТ, Смолли РЭ. Фуллереновые трубы. Наука. 1998; 280:1253. [PubMed] [Google Scholar]

39. Mawhinney DB, Naumenko V, Kuznetsova A, Yates JTJ, Liu J, Smalley RE. Плотность поверхностных дефектов на однослойных углеродных нанотрубках методом титрования. Письмо о хим. физике. 2000;324:213. [Google Scholar]

40. Hamon MA, Hu H, Bhowmik P, Niyogi S, Zhao B, Itkis ME, Haddon RC. Анализ концевых групп и дефектов растворимых однослойных углеродных нанотрубок. Письмо о хим. физике. 2001; 347:8. [Академия Google]

41. Hu H, Bhowmik P, Zhao B, Hamon MA, Itkis ME, Haddon RC. Определение кислотных центров очищенных однослойных углеродных нанотрубок кислотно-основным титрованием. Письмо о хим. физике. 2001; 345:25. [Google Scholar]

42. Dillon AC, Gennett T, Jones KM, Alleman JL, Parilla PA, Heben MJ. Простая и полная очистка материалов с однослойными углеродными нанотрубками. Adv Mater. 1999; 11:1354. [Google Scholar]

43. Dillon AC, Gennett T, Parilla PA, Alleman JL, Jones KM, Heben MJ. Оценка чистоты материалов одностенных нанотрубок. Mat Res Soc Symp Proc. 2001;633:A5.2.1. [Академия Google]

44. Уильямс К.А., Тачибана М., Аллен Дж.Л., Григориан Л., Ченг С.К., Фанг С.Л., Суманасекера Г.У., Лопер А.Л., Уильямс Д.Х., Эклунд ПК. Одностенные углеродные нанотрубки из угля. Письмо о хим. физике. 1999;310:31. [Google Scholar]

45. Дрессельхаус М.С., Дрессельхаус Г., Джорио А., Соуза Фильшо А.Г., Пимента М.А., Саито Р. Спектроскопия комбинационного рассеяния одиночных нанотрубок. Acc Chem Res. 2002;35:1070. [PubMed] [Google Scholar]

46. Йост О., Горбунов А.А., Помпе В., Пихлер Т., Фридлайн Р., Кнупфер М., Рейбольд М., Бауэр Х.Д., Данш Л., Голден М.С., Финк Дж. Группировка по диаметру в массивных образцах одностенные углеродные нанотрубки по данным оптической спектроскопии поглощения. App Phys Lett. 1999;75:2217. [Google Scholar]

47. Itkis ME, Niyogi S, Meng M, Hamon M, Hu H, Haddon RC. Спектроскопическое исследование электронной структуры уровня Ферми однослойных углеродных нанотрубок. НаноЛетт. 2002; 2:155. [Google Scholar]

48. Itkis ME, Perea D, Niyogi S, Rickard S, Hamon M, Hu H, Zhao B, Haddon RC. Оценка чистоты свежеприготовленной сажи одностенных углеродных нанотрубок с использованием спектроскопии ближней ИК-фазы в растворе. Нано Летт. 2003; 3:309. [Google Scholar]

49. Нисиде Д., Катаура Х., Судзуки С., Цукагоши К., Аояги Ю., Ачиба Ю. Высокопроизводительное производство одностенных углеродных нанотрубок в газообразном азоте. Письмо о хим. физике. 2003; 372:45. [Академия Google]

50. Чжан М., Юдасака М., Кошио А., Иидзима С. Термогравиметрический анализ одностенных углеродных нанотрубок, подвергнутых ультразвуковой обработке в монохлорбензоле. Письмо о хим. физике. 2002; 364:420. [Google Scholar]

51. Арепалли С., Николаев П., Горелик О.П., Наджиев В.Г., Холмс В., Файлс Б., Йоуэлл Л. Протокол для характеристики качества материала одностенных углеродных нанотрубок. Углерод. 2004; 42:1783. [Google Scholar]

52. Sen R, Rickard SM, Itkis ME, Haddon RC. Контролируемая очистка пленок одностенных углеродных нанотрубок с помощью селективного окисления и спектроскопии в ближней ИК-области. Хим Матер. 2003;15:4273. [Академия Google]

53. Нийоги С., Хамон М.А., Ху Х., Чжао Б., Бховмик П., Сен Р., Иткис М.Е., Хэддон Р.С. Химия одностенных углеродных нанотрубок. Acc Chem Res. 2002;35:1105. [PubMed] [Google Scholar]

54. Чжао Б., Ху Х., Бекярова Э., Иткис М.Е., Нийоги С., Хэддон Р.С. Углеродные нанотрубки, химия. Деккер. Энциклопедия нанонауки и нанотехнологии. 2004:493. [Google Scholar]

55. Страно М.С., Хаффман С.Б., Мур В.К., О’Коннелл М.Дж., Хароз Э.Х., Хаббард Дж., Миллер М., Риалон К., Киттрелл С., Рамеш С., Хауге Р.Х., Смолли Р.Э. Обратимое селективное по запрещенной зоне протонирование однослойных углеродных нанотрубок в растворе. J Phys Chem B. 2003; 107:6979. [Google Scholar]

56. Hamon MA, Chen J, Hu H, Chen Y, Itkis ME, Rao AM, Eklund PC, Haddon RC. Растворение одностенных углеродных нанотрубок. Adv Mater. 1999; 11:834. [Google Scholar]

57. Hamon MA, Hu H, Bhowmik P, Itkis ME, Haddon RC. Растворимые одностенные углеродные нанотрубки, функционализированные сложным эфиром. Appl Phys A. 2002; 74:333. [Google Scholar]

58. Pompeo F, Resasco DE. Солюбилизация однослойных углеродных нанотрубок в воде путем функционализации глюкозамином. Нано Летт. 2002;2:369. [Google Scholar]

59. Riggs JE, Guo ZX, Carroll DL, Sun YP. Сильная люминесценция солюбилизированных углеродных нанотрубок. J Am Chem Soc. 2000;122:5879. [Google Scholar]

60. Кан MGC, Банерджи С., Вонг С.С. Солюбилизация окисленных одностенных углеродных нанотрубок в органических и водных растворителях путем органической дериватизации. Нано Летт. 2002; 2:1215. [Google Scholar]

61. Чжао Б., Ху Х., Хэддон Р.С. Синтез и свойства водорастворимого однослойного привитого сополимера углеродных нанотрубок и поли (м-аминобензолсульфокислоты). Adv Func Mater. 2004;14:71. [Академия Google]

62. Чен Ю. , Хэддон Р.С., Фанг С., Рао А.М., Эклунд П.С., Ли У.Х., Дики Э.К., Грулке Э.А., Пендерграсс Дж.К., Чаван А., Хейли Б.Е., Смолли Р.Э. Химическое присоединение органических функциональных групп к материалу одностенных углеродных нанотрубок. J Mater Res. 1998;13:2423. [Google Scholar]

63. Mickelson ET, Huffman CB, Rinzler AG, Smalley RE, Hauge RH, Margrave JL. Фторирование одностенных углеродных нанотрубок. Письмо о хим. физике. 1998; 296:188. [Google Scholar]

64. Mickelson ET, Chiang IW, Zimmerman JL, Boul PJ, Lozano J, Liu J, Smalley RE, Hauge RH, Margrave JL. Сольватация фторированных одностенных углеродных нанотрубок в спиртовых растворителях. J Phys Chem B. 1999;103:4318. [Google Scholar]

65. Бахр Дж.Л., Ян Дж., Косынкин Д.В., Брониковски М.Дж., Смолли Р.Е., Тур Дж.М. Функционализация углеродных нанотрубок путем электрохимического восстановления солей арилдиазония: бумажный электрод. J Am Chem Soc. 2001; 123:6536. [PubMed] [Google Scholar]

66. Bahr JL, Tour JL. Высокофункционализированные углеродные нанотрубки с использованием соединений диазония, генерируемых in situ. Хим Матер. 2001;13:3823. [Google Scholar]

67. Георгакилас В., Кордатос К., Прато М., Гульди Д.М., Хользингер М., Хирш А. Органическая функционализация углеродных нанотрубок. J Am Chem Soc. 2002; 124:760. [PubMed] [Академия Google]

68. Georgakilas V, Tagmatarchis N, Pantarotto D, Bianco A, Briand JP, Prato M. Аминокислотная функционализация водорастворимых углеродных нанотрубок. хим. коммун. 2002:3050. [PubMed] [Google Scholar]

69. Chen RJ, Zhang Y, Wang D, Dai H. Нековалентная функционализация боковых стенок однослойных углеродных нанотрубок для иммобилизации белков. J Am Chem Soc. 2001; 123:3838. [PubMed] [Google Scholar]

70. Huang W, Taylor S, Fu K, Lin Y, Zhang D, Hanks TW, Rao AM, Sun Y-P. Присоединение белков к углеродным нанотрубкам посредством активируемого диимидом амидирования. Нано Летт. 2002; 2:311. [Академия Google]

71. Dwyer C, Guthold M, Falvo M, Washburn S, Superfine R, Erie D. ДНК-функционализированные однослойные углеродные нанотрубки. Нанотехнологии. 2002; 13:601. [Google Scholar]

72. Williams KA, Veenhuizen PTM, de la Torre BG, Eritja R, Dekker C. Нанотехнология: углеродные нанотрубки с распознаванием ДНК. Природа. 2002; 420:761. [PubMed] [Google Scholar]

73. Azamian BR, Davis JJ, Coleman KS, Bagshaw CB, Green MLH. Биоэлектрохимические однослойные углеродные нанотрубки. J Am Chem Soc. 2002; 124:12664. [PubMed] [Академия Google]

74. Gommans HH, Alldredge JW, Tashiro H, Park J, Magnuson J, Rinzler AG. Волокна ориентированных однослойных углеродных нанотрубок: поляризационная рамановская спектроскопия. J Appl Phys. 2000;88:2509. [Google Scholar]

75. Baker SE, Cai W, Lasseter TL, Weidkamp KP, Hamers RJ. Ковалентно связанные аддукты олигонуклеотидов дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) с одностенными углеродными нанотрубками: синтез и гибридизация. Нано Летт. 2002; 2:1413. [Google Scholar]

76. Zheng M, Jagota A, Semke ED, Diner BA, McLean RS, Lustig SR, Richardson RE, Tassi NG. Дисперсия и разделение углеродных нанотрубок с помощью ДНК. Природа Матер. 2003; 2:338. [PubMed] [Академия Google]

77. Вольштадтер Дж. Н., Уилбур Дж. Л., Сигал ГБ, Бибайк Х.А., Билладо М.А., Донг Л., Фишер А.Б., Гудибанде С.Р., Джеймисон С.Х., Кентен Д.Х., Легинус Дж., Леланд Дж.К., Мэсси Р.Дж., Вольштадтер С.Дж. Биосенсор на основе углеродных нанотрубок. Adv Mater. 2003;15:1184. [Google Scholar]

78. Керен К., Берман Р.С., Бухстаб Э., Сиван У., Браун Э. Полевой транзистор из углеродных нанотрубок на основе ДНК. Наука. 2003;302:1380. [PubMed] [Google Scholar]

79. Star A, Gabriel JCP, Bradley K, Gruner G. Электронное обнаружение специфического связывания белка с использованием устройств FET с нанотрубками. Нано Летт. 2003;3:459. [Google Scholar]

80. Авурис П. Молекулярная электроника с углеродными нанотрубками. Acc Chem Res. 2002;35:1026. [PubMed] [Google Scholar]

81. Fan S, Chapline MG, Franklin NR, Tomber TW, Cassell AM, Dai H. Самоориентированные регулярные массивы углеродных нанотрубок и их свойства полевой эмиссии. Наука. 1999; 283:512. [PubMed] [Google Scholar]

82. Kong J, Franklin NR, Zhou C, Chapline MG, Peng S, Cho K, Dai H. Молекулярные провода из нанотрубок как химические датчики. Наука. 2000; 287:622. [PubMed] [Академия Google]

83. Коллинз П.Г., Брэдли К., Ишигами М., Зеттл А. Экстремальная чувствительность к кислороду электронных свойств углеродных нанотрубок. Наука. 2000; 287:1801. [PubMed] [Google Scholar]

84. Чжэн М., Джагота А., Страно М.С., Сантос А.П., Бароне П., Чоу С.Г., Дайнер Б.А., Дрессельхаус М.С., Маклин Р.С., Оноа Г.Б., Самсонидзе Г.Г., Семке Э.Д., Усрей М.Л., Стены диджей. Сортировка углеродных нанотрубок на основе структуры путем сборки ДНК в зависимости от последовательности. Наука. 2003;302:1545. [PubMed] [Google Scholar]

85. Страно М.С., Чжэн М., Джагота А., Оноа ГБ, Хеллер Д.А., Бароне П.В., Усри М.Л. Понимание природы разделения одностенных углеродных нанотрубок с помощью ДНК с использованием флуоресцентной и рамановской спектроскопии. Нано Летт. 2004; 4:543. [Академия Google]

86. Besteman K, Lee JO, Wiertz FG, Heering HA, Dekker C. Покрытые ферментом углеродные нанотрубки как одномолекулярные биосенсоры. Нано Летт. 2003; 3:727. [Google Scholar]

87. Chen RJ, Bangsaruntip S, Drouvalakis KA, Kam NWS, Shim M, Li Y, Kim W, Utz PJ, Dai H. Нековалентная функционализация углеродных нанотрубок для высокоспецифичных электронных биосенсоров. Proc Nat Acad Sci USA. 2003;100:4984. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

88. Boussaad S, Tao NJ, Zhang R, Hopson T, Nagahara LA. In situ обнаружение адсорбции цитохрома с с помощью устройства с одностенными углеродными нанотрубками. хим. коммун. 2003:1502. [Академия Google]

89. Chen RJ, Choi HC, Bangsaruntip S, Yenilmez E, Tang X, Wang Q, Chang Y-L, Dai H. Исследование механизма электронного обнаружения адсорбции белка на устройствах с углеродными нанотрубками. J Am Chem Soc. 2004; 126:1563. [PubMed] [Google Scholar]

90. Wang J, Liu G, Jan MR. Сверхчувствительное электрическое биозондирование белков и ДНК: амплификация событий узнавания и трансдукции, полученная с помощью углеродных нанотрубок. J Am Chem Soc. 2004; 126:3010. [PubMed] [Академия Google]

91. Бекярова Э., Дэвис М., Берч Т., Иткис М.Е., Чжао Б., Саншайн С., Хэддон Р.С. Химически функционализированные однослойные углеродные нанотрубки в качестве сенсоров аммиака. J Phys Chem B. 2005; 108:19717. [Google Scholar]

92. Wu Z, Chen Z, Du X, Logan JM, Sippel J, Nikolou M, Kamaras K, Reynolds JR, Tanner DB, Hebard AF, Rinzler AG. Прозрачные, проводящие пленки из углеродных нанотрубок. Наука. 2004; 305:1273. [PubMed] [Google Scholar]

93. Lin Y, Lu F, Tu Y, Ren Z. Биосенсоры глюкозы на основе ансамблей наноэлектродов из углеродных нанотрубок. Нано Летт. 2004;4:191. [Google Scholar]

94. Ван Дж., Мусаме М. Композитные углеродные нанотрубки/тефлон электрохимические датчики и биосенсоры. Анальная хим. 2003;75:2075. [PubMed] [Google Scholar]

95. Wang J, Musameh M, Lin Y. Солюбилизация углеродных нанотрубок с помощью Nafion для приготовления амперометрических биосенсоров. J Am Chem Soc. 2003; 125:2408. [PubMed] [Google Scholar]

96. Britto PJ, Santaman SKV, Ajayan PM. Электрод из углеродных нанотрубок для окисления дофамина. Биоэлектрохим Биоэлектроника. 1996;41:121. [Google Scholar]

97. Gooding JJ, Wibowo R, Liu J, Yang W, Losic D, Orbons S, Mearns FJ, Shapter JG, Hibbert DB. Электрохимия белков с использованием выровненных массивов углеродных нанотрубок. J Am Chem Soc. 2003;125:9006. [PubMed] [Google Scholar]

98. Nguyen CV, Delzeit L, Cassell AM, Li J, Han J, Meyyappan M. Подготовка массивов углеродных нанотрубок, функционализированных нуклеиновой кислотой. Нано Летт. 2002; 2:1079. [Google Scholar]

99. Li J, Ng HT, Cassell A, Fan W, Chen HY, Ye Q, Koehne J, Han J, Meyyappan M. Матрица наноэлектродов из углеродных нанотрубок для сверхчувствительного обнаружения ДНК. Нано Летт. 2003;3:597. [Google Scholar]

100. Альварес де Толедо Г., Фернандес-Чакон Р., Фернандес Дж. М. Высвобождение секреторных продуктов во время транзиторного слияния пузырьков. Природа. 1993; 363:554. [PubMed] [Google Scholar]

101. Вайтман Р. М., Янковски Дж. А., Кеннеди Р. Т., Каваго К. Т., Шредер Т. Дж., Лещишин Д. Д., Нир Дж. А., Дилиберто Э. Дж., Младший, Виверос О. Х. Временно разрешающиеся пики катехоламинов соответствуют одиночному высвобождению везикул из отдельных хромаффинных клеток. Proc Natl Acad Sci USA. 1991;88:10754. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

102. Kuhr WG, Barrett VL, Gagnon MR, Hopper P, Pantano P. Микроэлектроды из углеродного волокна, модифицированные дегидрогеназой, для измерения динамики нейротрансмиттеров. 1. НАДН-вольтаметрия. Анальная хим. 1993;65:617. [PubMed] [Google Scholar]

103. Pantano P, Kuhr WG. Модифицированные ферментом микроэлектроды для нейрохимических измерений in vivo. Электроанализ. 1995; 7:405. [Google Scholar]

104. Парпура В. Нанодетектор на основе углерода. Анальная хим. 2005;77:681. [PubMed] [Академия Google]

105. Mattson MP, Haddon RC, Rao AM. Молекулярная функционализация углеродных нанотрубок и их использование в качестве субстратов для роста нейронов. Джей Мол Нейроски. 2000;14:175. [PubMed] [Google Scholar]

106. Hu H, Ni Y, Montana V, Haddon RC, Parpura V. Химически функционализированные углеродные нанотрубки как субстраты для роста нейронов. Нано Летт. 2004; 4:507. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

107. Pantarotto D, Briand J-P, Prato M, Bianco A. Транслокация биоактивных пептидов через клеточные мембраны с помощью углеродных нанотрубок. хим. коммун. 2004;16 [PubMed] [Google Scholar]

108. Kam NWS, Jessop TC, Wender PA, Dai H. Молекулярные переносчики нанотрубок: интернализация конъюгатов углеродных нанотрубок и белков в клетки млекопитающих. J Am Chem Soc. 2004; 126:6850. [PubMed] [Google Scholar]

109. Balavoine F, Schultz P, Richard C, Mallouh V, Ebbesen TW, Mioskowski C. Спиральная кристаллизация белков на углеродных нанотрубках: первый шаг к разработке новых биосенсоров. Angew Chem Int Ed. 1999; 38:1912. [Google Scholar]

110. Tsang SC, Guo Z, Chen YK, Green MLH, Hill HAO, Hambley TW, Sadler PJ. Иммобилизация платинированных и йодированных олигонуклеотидов на углеродных нанотрубках. Angew Chem Int Ed. 1997;36:2198. [Google Scholar]

111. Guo Z, Sadler PJ, Tsang SC. Иммобилизация и визуализация ДНК и белков на углеродных нанотрубках. Adv Mater. 1998; 10:701. [Google Scholar]

112. Davis JJ, Green MLH, Hill HAO, Leung YC, Sadler PJ, Sloan J, Xavier AV, Tsang SC. Иммобилизация белков в углеродных нанотрубках. Inorg Chem Acta. 1998; 272:261. [Google Scholar]

113. Гаспарак Р., Кохли П., Мота М.О., Трофин Л., Мартин К.Р. Темплатный синтез нанопробирок. Нано Летт. 2004; 4:513. [Академия Google]

114. Шривастава А., Шривастава О.Н., Талапатра С., Ваджтаи Р., Аджаян П.М. Фильтры из углеродных нанотрубок. Природа Матер. 2004; 3:610. [PubMed] [Google Scholar]

115. Wang S, Humphreys ES, Chung SY, Delduco DF, Lusting SR, Wang H, Parker KN, Rizzo NW, Subramoney S, Chiang YM, Jagota A. Пептиды с селективным сродством к углероду нанотрубки. Природа Матер. 2003; 2:196. [PubMed] [Google Scholar]

116. Зорбас В., Ортис-Асеведо А., Далтон А.Б., Йошида М.М., Дикманн Г.Р., Дрейпер Р.К., Боугман Р.Х., Хосе-Якаман М., Массельман И.Х. Получение и характеристика индивидуальных однослойных углеродных нанотрубок с пептидной оболочкой. J Am Chem Soc. 2004;126:7222. [PubMed] [Академия Google]

117. Richard C, Balavoine F, Schultz P, Ebbesen TW, Mioskowski C. Супрамолекулярная самосборка производных липидов на углеродных нанотрубках. Наука. 2003; 300:775. [PubMed] [Google Scholar]

118. Dieckmann GR, Dalton AB, Johnson PA, Razal J, Chen J, Giordano GM, Munoz E, Musselman IH, Baughman RH, Draper RK. Контролируемая сборка углеродных нанотрубок сконструированными амфифильными пептидными спиралями. J Am Chem Soc. 2003; 125:1770. [PubMed] [Google Scholar]

119. Касас С., Томсон Н.Х., Смит Б.Л., Хансма П.К., Миклосси Дж., Хансма Х.Г. Биологическое применение АСМ: от отдельных молекул к органам. Int J Imaging Syst Technol. 1997;8:151. [Google Scholar]

120. Вонг С.С., Джоселевич Э., Вули А.Т., Чунг С.Л., Либер С.Л. Ковалентно-функционализированные нанотрубки как нанометровые зонды в химии и биологии. Природа. 1998; 394:52. [PubMed] [Google Scholar]

121. Hafner J, Cheung CL, Lieber CM. Выращивание нанотрубок для наконечников зондовой микроскопии. Природа. 1999; 398:761. [Google Scholar]

122. Hafner J, Cheung CL, Lieber CM. Прямой рост однослойных углеродных нанотрубок иглы для сканирующей зондовой микроскопии. J Am Chem Soc. 1999;121:9750. [Google Scholar]

123. Cheung CL, Hafner J, Lieber CM. Советы по атомно-силовой микроскопии углеродных нанотрубок: прямое выращивание методом химического осаждения из паровой фазы и применение для получения изображений с высоким разрешением. Proc Nat Acad Sci USA. 2000;97:3809. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

124. Cheung CL, Hafner J, Odom TW, Kim K, Lieber CM. Рост и изготовление с одностенными наконечниками для зондовой микроскопии из углеродных нанотрубок. Appl Phys Lett. 2000;76:3136. [Google Scholar]

125. Chen L, Cheung CL, Ashby PD, Lieber CM. АСМ-зонды с одностенными углеродными нанотрубками: оптимальное разрешение изображения нанокластеров и биомолекул в окружающей среде и в жидкой среде. Нано Летт. 2004; 4:1725. [Академия Google]

126. Parpura V, Haydon PG, Sakaguchi DS, Henderson E. Атомно-силовая микроскопия и манипуляции с живыми клетками. J Vac Sci Technol A. 1992; 11:773. [Google Scholar]

127. Parpura V, Haydon PG, Henderson E. Трехмерное изображение живых нейронов и глии с помощью атомно-силовой микроскопии. Дж. Клеточные науки. 1993; 105:427. [PubMed] [Google Scholar]

128. Хендерсон Э., Хейдон П.Г., Сакагучи Д.С. Динамика актиновых филаментов в живых глиальных клетках, полученная с помощью атомно-силовой микроскопии. Наука. 1992;257:1944. [PubMed] [Google Scholar]

129. Вонг С.С., Харпер Д.Д., Лэнсбери П.Т., Либер К.М. Наконечники из углеродных нанотрубок: зонды с высоким разрешением для визуализации биологических систем. J Am Chem Soc. 1998; 120:603. [Google Scholar]

130. Woolley AT, Cheung CL, Hafner J, Lieber CM. Структурная биология с зондами АСМ из углеродных нанотрубок. хим. биол. 2000;7:R193. [PubMed] [Google Scholar]

131. Ван С.Г., Чжан Ц., Ван Р., Юн С.Ф. Новый биосенсор на основе многостенных углеродных нанотрубок для обнаружения глюкозы. Biochem Biophys Res Commun. 2003; 311:572. [PubMed] [Академия Google]

132. Tang H, Chen J, Yao S, Nie L, Deng G, Kuang Y. Амперометрический биосенсор глюкозы на основе адсорбции глюкозооксидазы на электроде из модифицированных углеродных нанотрубок с наночастицами платины. Анальная биохимия. 2004; 331:89. [PubMed] [Google Scholar]

133. Служба РФ. Наноматериалы проявляют признаки токсичности. Наука. 2003; 300:243. [PubMed] [Google Scholar]

134. Служба РФ. Нанотоксикология. Нанотехнологии растут. Наука. 2004; 304:1732. [PubMed] [Google Scholar]

135. Шведова А.А., Кастранова В., Кисин Э.Р., Швеглер-Берри Д., Мюррей А.Р., Гандельсман В.З., Мейнард А., Барон П. Воздействие материала углеродных нанотрубок: оценка цитотоксичности нанотрубок с использованием кератиноцитов человека клетки. J Toxicol Environ Health A. 2003; 66:1909. [PubMed] [Google Scholar]

136. Lam CW, James JT, McCluskey R, Hunter RL. Легочная токсичность одностенных углеродных нанотрубок у мышей через 7 и 90 дней после интратрахеальной инстилляции. Токсикол науч. 2004; 77:126. [PubMed] [Google Scholar]

137. Warheit DB, Laurence BR, Reed KL, Roach DH, Reynolds GA, Webb TR. Сравнительная оценка легочной токсичности одностенных углеродных нанотрубок у крыс. Токсикол науч. 2004; 77:117. [PubMed] [Google Scholar]

138. Мейнард А.Д., Барон П.А., Фоли М., Шведова А.А., Кисин Э.Р., Кастранова В. Воздействие материала углеродных нанотрубок: высвобождение аэрозоля при обращении с нерафинированным материалом одностенных углеродных нанотрубок.