xxiii πανελληνιο ÏƒÏ Î½ÎµÎ´ÏÎ¹Î¿ Ï†Ï ÏƒÎ¹ÎºÎ·Ï‚ στερεας καταστασης & επιστημης ...

Σύνθεση και Χαρακτηρισμός Διαλυμάτων Τροποποιημένων Νανοσωλήνων Άνθρακα
Μέσω Προσρόφησης Μακρομορίων Πρωτεϊνικής Φύσης
Ειρήνη Γούναρη 1 , Ευάγγελος Καρούτσος 1 και Δημήτριος Τάσης 1*
1 Τμήμα Επιστήμης Υλικών, Πανεπιστήμιο Πατρών, 26504 Ρίο Πάτρας
*dtassis@upatras.gr
Οι νανοσωλήνες άνθρακα (ΝΑ) θεωρούνται από πολλούς ερευνητές η ιδανική νανοδομή για τη σύνθεση υβριδιακών υλικών
με εξωτικές ιδιότητες. Πιθανές εφαρμογές των μονοδιάστατων αυτών νανοκυλίνδρων είναι η μηχανική ενίσχυση
πολυμερικών μητρών αλλά και η μεταφορά ηλεκτρικού ρεύματος σε ηλεκτρονικές συσκευές [1]. Ωστόσο, αρκετά ζητήματα
πρέπει να επιλυθούν πριν οι γραφιτικές νανοδομές ενσωματωθούν σε σύνθετα υλικά με πλήρη επιτυχία. Οι ΝΑ είναι εντελώς
αδιάλυτοι σε όλους τους διαλύτες, λόγω των διαμοριακών δυνάμεων van der Waals και της μεγάλης ειδικής επιφάνειας του
υλικού.
Για να βελτιωθεί η χημική συγγένεια με τα διαλυτικά μέσα, διάφορες χημικές τροποποιήσεις της γραφιτικής επιφάνειας
έχουν αναπτυχθεί τα τελευταία χρόνια [2]. Στις περισσότερες περιπτώσεις, δύο χημικές προσεγγίσεις χρησιμοποιούνται
ευρέως για την τροποποίηση των νανοκυλίνδρων. Στην πρώτη, τα πλευρικά τοιχώματα και/ή τα ανοικτά άκρα των ΝΑ
δύναται να τροποποιηθούν ομοιοπολικά μέσω γνωστών οργανικών αντιδράσεων. Το βασικό μειονέκτημα των ομοιοπολικών
προσθηκών στο γραφιτικό δίκτυο είναι η μείωση της αγωγιμότητας των ΝΑ, λόγω μερικής καταστροφής της συζυγίας
δεσμών. Εναλλακτικά, η μη ομοιοπολική προσρόφηση ή τύλιγμα διάφορων λειτουργικών μορίων στην επιφάνεια των ΝΑ
έχει ως αποτέλεσμα το σχηματισμό υπερμοριακών συμπλόκων στη στερεά ή και υγρή φάση. Το κύριο πλεονέκτημα της μη
ομοιοπολικής προσέγγισης είναι η διατήρηση της συζυγίας των δεσμών άνθρακα-άνθρακα του γραφιτικού πλέγματος. Αυτό
σημαίνει ότι οι ιδιότητες των ΝΑ δύναται να μεταφερθούν ακέραιες ως ιδιότητες πλέον του σύνθετου υλικού.
Ένα τυπικό παράδειγμα χημικού είδους που προσροφάται σε γραφιτικές επιφάνειες είναι συστήματα που περιέχουν
ταυτόχρονα υδρόφοβο και υδρόφιλο τμήμα (surfactants) [3]. Τέτοιες ενώσεις έχουν την ικανότητα να διασπείρουν ομογενώς
τους ΝΑ σε υδατικά ή οργανικά μέσα, εμποδίζοντας την συσσωμάτωση των νανοκυλίνδρων. Αν και έχει επιτευχθεί αρκετή
πρόοδος στο χειρισμό των ΝΑ σε οργανικά διαλύματα/αιωρήματα, υπάρχει αυξημένο ενδιαφέρον στους ερευνητές για
βιολογικές εφαρμογές του νανο-υλικού όπως πχ βιο-αισθητήρες [4]. Έχει δειχθεί ότι υδατικά αιωρήματα των ΝΑ
συμμετέχουν σημαντικά σε πεδία της βιο-ιατρικής επιστήμης [5].
Πρόσφατα, έχει μελετηθεί η αλληλεπίδραση των ΝΑ με διάφορα αμφίφιλα συνθετικά πεπτίδια σε υδατικό περιβάλλον και
έχει αναφερθεί ότι τέτοιου είδους βιομόρια έχουν την ιδιότητα να επιδιαλυτώνουν τους ΝΑ και επιπλέον να πετυχαίνουν
διαχωρισμό του υλικού ανάλογα με τις διαμέτρους των νανοκυλίνδρων [6]. Σε αντίθεση, εμείς μελετούμε τη δυνατότητα
διασποράς ΝΑ σε υδατικό περιβάλλον χρησιμοποιώντας εμπορικά διαθέσιμα βιομόρια πρωτεϊνικής φύσης. Χρησιμοποιούμε
ως παράγοντα διασποράς την αλβουμίνη από ορό αίματος βοοειδούς. Μία σειρά από φασματοσκοπικές τεχνικές
χρησιμοποιήθηκαν για το χαρακτηρισμό των υδατικών αιωρημάτων των ΝΑ, όπως UV-Vis, FTIR, AFM, SEM και Raman.
Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι σταθερά αιωρήματα από τέλεια απομονωμένους ΝΑ δύναται να σχηματιστούν παρουσία
περίσσειας αλβουμίνης, λόγω προσρόφησης των υδρόφοβων αλληλουχιών του πρωτεϊνικού μακρομορίου στη γραφιτική
επιφάνεια των νανοκυλίνδρων. Επιπλέον, οι διάφορες δραστικές ομάδες των αμινοξέων μπορούν να λειτουργήσουν ως
χημικές γέφυρες για περαιτέρω τροποποίηση του νανοσύνθετου υλικού.
[1] Baughman R. H., Zakhidov A. A., de Heer W. A., Science 297 (2002) 787.
[2] Tasis D., Tagmatarchis N., Bianco A., Prato M., Chem. Rev. 106 (2006) 1105.
[3] Islam M. F., Rojas E., Bergey D. M., Johnson A. T., Yodh A. G., NanoLett. 3 (2003) 269.
[4] Wang J., Electroanalysis 17 (2005) 7.
[5] Katz E., Wilner I., ChemphysChem. 5 (2004) 1084.
[6] Ortiz-Acevedo A., Xie H., Zorbas V., Sampson W. M., Dalton A. B., Baughman R. H., Draper R. K., Musselman I. H.,
Dieckmann G. R., J. Am. Chem. Soc. 127 (2005) 9512.
Η μελέτη είναι στα πλαίσια της προπτυχιακής διπλωματικής εργασίας της κ. Ειρ. Γούναρη, φοιτήτριας του Τμήματος
Επιστήμης των Υλικών Πανεπ. Πατρών. Ιδιαίτερη μνεία αποδίδεται στη συνεισφορά των κ.κ. Α. Βανακάρα (Επίκ.
Καθηγητής), Γ. Καλόσακα (Λέκτορας), Ουρανίας Παύλου (ΠΔ407/80) και Κ. Παπαγγελή (Λέκτορας) για τις
εποικοδομητικές συζητήσεις και την αμέριστη βοήθειά τους.
186