Углеродные нанотрубки все больше и больше используются в массовом производстве – от арматуры для бетона до спортивных товаров, от ветряных турбин до литиевых батарей, и поэтому их проникновение в окружающую среду остается лишь вопросом времени. Ученые из Американского общества почвоведения создали методику, способную количественно определять наличие наноматериалов в окружающей среде, сообщает портал phys.org.
Углеродные нанотрубки, несмотря на свои крошечные размеры – они могут быть в сотни тысяч раз меньше ширины человеческого волоса, имеют огромный потенциал. Продукция, производимая с использованием углеродных нанотрубок, включает, среди прочего, арматуру для бетона, спортивные товары, ветряные турбины и литиевые батареи. Потенциальное использование углеродных нанотрубок может распространяться на различные области, такие как сельское хозяйство, биомедицина и космическая наука. Но поскольку мы используем больше углеродных нанотрубок для производства вещей, мы также увеличиваем вероятность того, что эти нанотрубки попадут в различные среды и экосистемы.
«Поэтому важно было понять, как углеродные нанотрубки ведут себя в такой среде», – говорит Ю Ян, член Американского общества почвоведения. В новом исследовании Ян и его коллеги описывают способ измерения уровня определенного вида углеродных нанотрубок в тканях растений. Их исследование было недавно опубликовано в Journal of Environmental Quality.
Чтобы имитировать нанотрубки в окружающей среде, Ян и его коллеги вырастили гидропонный салат в присутствии углеродных нанотрубок. Затем они проанализировали листья салата на наличие следов углеродных нанотрубок. Исследователи смогли с помощью нового метода обнаружить небольшое количество углеродных нанотрубок в листьях, стеблях и корнях салата. «Мы разработали метод для количественной оценки углеродных наноматериалов в окружающей среде», – говорит Ян. «Эти результаты могут помочь в рациональном применении углеродных нанотрубок в естественной среде».
Проблема измерения углеродных нанотрубок в окружающей среде заключается в том, что они сделаны из углерода. Все живые существа на Земле, включая людей и растения, имеют углерод как ключевой строительный блок. Перед Янгом и его коллегами стояла задача отличить углерод в живом материале от углерода в углеродных нанотрубках. Один слой атомов углерода, расположенных в виде сот, называется графеном. Углеродная нанотрубка – это лист графена, свернутый в крошечный цилиндр. Углеродные нанотрубки, состоящие из одного листа графена, называются однослойными нанотрубками. Размещение нескольких трубок внутри других дает многослойные углеродные нанотрубки. Ученые могут добавлять к углеродным нанотрубкам разные молекулы. Добавление этих молекул может изменить их характеристики. Например, они могут легче растворяться в растворителях.
«Углеродные нанотрубки с добавленными молекулами могут быть использованы для изготовления нанокомпозитов, в биомедицине, а также для химических или биологических применений», – говорит Ян. В предыдущем исследовании группа Янга количественно определила многослойные углеродные нанотрубки в растениях. Но никто не измерял, попадает ли такая углеродная нанотрубка с определенной молекулой в растения.
Исследователи использовали метод, называемый программным термическим анализом. При таком подходе материалы нагреваются контролируемым образом в различных средах, например, при добавлении или понижении содержания кислорода. То, как разные материалы реагируют на нагрев в разных средах, может дать важные подсказки о наличии конкретных материалов. Ян и его коллеги обнаружили, что они могут использовать программный термический анализ для обнаружения углерода в нанотрубках. Используя эти данные, они также могли отличить углерод в углеродных нанотрубках от углерода в растениях.
Это первое исследование по измерению уровня углеродных нанотрубок такого типа в растениях с помощью термического анализа. «Это очень важно для понимания судьбы углеродных нанотрубок в окружающей среде и оценки потенциального воздействия на человека», – говорит Ян. Сейчас группа ученых под его руководством работает над обнаружением еще меньшего количества углеродных нанотрубок в окружающей среде. «Мы также хотим попробовать измерить углеродные нанотрубки с добавлением различных молекул», – говорит Ян. Он также планирует распространить тестовые материалы за пределы салата-латука. «Мы хотим протестировать этот подход в различных средах».
В конечном итоге цель состоит в том, чтобы продвигать применение углеродных нанотрубок. «Возможность точно измерить содержание углеродных нанотрубок в окружающей среде может способствовать их устойчивому использованию», – говорит Ян.
