Polacy sami zsyntetyzowali polimery, które były zbyt drogie, żeby swobodnie prowadzić na nich badania. Mają teraz całą bibliotekę związków, dzięki którym mogą wybierać nanorurki węglowe dla nanomedycyny czy fotowoltaiki.
- Otrzymane polimery chętnie przytulą się do najmniejszych nanorurek - tłumaczy prof. Dawid Janas. Jego zespół z Katedry Chemii Organicznej, Bioorganicznej i Biotechnologii Wydziału Chemicznego Politechniki Śląskiej zajmuje się wybieraniem do badań nanorurek o konkretnych właściwościach. Nie jest to proste, bo maleńkie grafenowe ruloniki zbudowane z węgla i puste w środku plączą się ze sobą, a w makroskali są po prostu garstką czarnego pyłu.
Naukowcy zastosowali polimery przewodzące i rozpuszczalniki organiczne, by w takim układzie prowadzić oczyszczanie mieszanin nanorurek węglowych.
Jak wyjaśnił prof. Janas, polimery przewodzące szczególnie upodobały sobie nanorurki węglowe. Zależnie od struktury polimeru, owijają się wokół wybranych typów nanorurek mniej lub bardziej chętnie. Otwiera to drogę do wykorzystania takich polimerów do ekstrakcji pożądanych typów nanorurek węglowych w toluenie. Dobrze owinięte polimerem selektywnie wybrane nanorurki przechodzą do roztworu, a reszta zostaje na dnie.
Jest to dość obiecująca metoda, opracowana około dekadę temu, jednak od tego czasu naukowcy znaleźli jedynie dwa układy, które pozwalają na uzyskanie czystych frakcji nanorurek węglowych (najprawdopodobniej przez przypadek, jak to zwykle bywa w nauce - podejrzewa badacz).
Zaznacza, że polimery przewodzące o korzystnych właściwościach dla tego zastosowania, są na rynku bardzo drogie. - Ich ceny nierzadko przekraczają tysiąc dolarów za gram. Co za tym idzie, z powodów finansowych mocno ograniczona jest możliwość prowadzenia wnikliwych badań na tym polu. Zazwyczaj testuje się kilka-kilkanaście parametrów licząc na łut szczęścia - podkreśla uczony.
- Zdecydowaliśmy się pokonać ten problem, syntetyzując te materiały we własnym zakresie i zmniejszając koszt prowadzenia badań dziesięciokrotnie. Otrzymaliśmy bibliotekę polimerów przewodzących do gruntownego przetestowania. Dzięki szeroko zakrojonym badaniom zoptymalizowaliśmy warunki, by wyizolować wskazany typ nanorurek - najmniejszy z otrzymanych dotąd w środowisku organicznym - podkreśla prof. Janas.
Dodaje, że mechanizm ekstrakcji nadal pozostaje niewyjaśniony w literaturze, a szeroko zakrojone badania pozwoliły jego grupie lepiej zrozumieć ten proces i działać "w przemyślany sposób", a nie - licząc na kolejny szczęśliwy przypadek. Co więcej, dzięki nowym możliwościom prowadzenia badań śląscy naukowcy zauważyli poważną pomyłkę innych ekspertów.
Polacy odkryli, że jeden z odrzuconych wcześniej przez innych naukowców polimerów przewodzących (uznany za bezużyteczny poli(9,9-dioktylofluoreno-alt-benzotiadiazol)) może posłużyć do wydzielenia z mieszaniny nanorurek węglowych tylko takich typu (7,3) o średnicy równej 0,706 nm. Niespecjalistom wystarczy wiedzieć, że dzięki małemu rozmiarowi mają one szczególne znaczenie dla nanomedycyny i fotowoltaiki.
- Pomimo tego osiągnięcia nie byliśmy jednak usatysfakcjonowani. Wprawdzie ten przełomowy materiał był bardzo czysty, tak otrzymywane ilości tego materiału były niezadowalające. Zaczęliśmy się zastanawiać, jak zwiększyć jego ilość, jednocześnie zachowując wysoką czystość (zazwyczaj w świecie nanomateriałów można mieć albo jedno albo drugie). Tu z pomocą przyszła nam kuchenna analogia - relacjonuje prof. Janas.
Jak tłumaczy naukowiec, wiele osób gotując makaron na spaghetti (przypominający kształtem nanorurki) dodaje do wody inną ciecz (olej lub oliwę) by ten nie kleił się ze sobą.
- Jest to jednak powielany często kulinarny mit, bo nie tylko makaron nadal lgnie ku sobie, ale także, przez jego pokrycie taką tłustą warstwą, nie przykleja się do niego później sos. Nasze "nanorurkowe makarony" jednak zachowują się zgodnie z oczekiwaniem - stwierdza z dumą prof. Janas.
Ekstrakcja nanorurek węglowych za pomocą polimeru przewodzącego prowadzona jest w toluenie. Badacze odkryli, że jeśli do toluenu doda się drugą ciecz (tetralinę), to pożądane przez nich nanorurki nie będą się do siebie kleić i "chętniej" przejdą do roztworu.
- W takiej mieszaninie rozpuszczalników (nie odsączamy ich jak makaron) zostają jeszcze lepiej oblepione przez nasz polimerowy "sos", który umożliwia ich selektywną ekstrakcję, przez co ilość otrzymywanego materiału wzrasta dramatycznie. Równocześnie, wszystkie pozostałe typy nanorurek pozostają na dnie probówki - rozwija popularyzatorską metaforę naukowiec. Profesor precyzuje, że w jednym garnku gotuje się kilkanaście różnych typów nanorurkowych makaronów, a na powierzchnię wypływa tylko jeden.
Wyniki badań realizowanych przy wsparciu finansowym NCN i NAWA opublikowało czasopismo "Small" (DOI: 10.1002/smll.202304211).
Źródło: www.naukawpolsce.pl, fot. Mstroeck/ Wikimedia Commons
