Nanokoneita ja antureita hiilinanoputkista

Hiilinanoputket ovat monipuolisia rakenne-elementtejä nanomaailman syvyyksiin suunnattaessa.

Chalmers University of Technologyn ja National Academy of Sciences of Ukrainen tutkijat ovat teoretisoineet epätavallisen NEMS-rakenteen.

Hahmoteltu nanoelektromekaaninen järjestelmä (NEMS) tuottaa mekaanisen liikkeen elektronien välisen vuorovaikutuksen ansiosta mutta ilman sähkövirtaa. Sen sijaan elektroni-elektroni vuorovaikutukset kytkeytyvät kahden eri lämpötiloissa olevien varausäilöjen välille.

Ripustetun hiilinanoputken elektrodipari toimii toisena varaussäilönä ja kärkielektrodi toisena ja ne sisältävät elektroneja joiden spinit ovat vastakkaisia. Elektronit voivat vapaasti tunneloitua säilöistään nanoputkeen ja takaisin. Mutta koska elektroneilla on päinvastaiset spinit, ne eivät voi kulkea vastakkaiseen säiliöön, joten varauksensiirtoa ei esiinny.

Kuitenkin, kun varaussäilöillä on eri lämpötilat nanoputki saadaan värisemään. Kyseessä on itse asiassa nanomittakaavan lämpökone ja lämpöä löytyy mikropiireistäkin yleensä yllin kyllin.

Koneen hyötysuhde kasvaa kun lämpötilaero kasvaa ja tutkijat arvioivat, että suurin hyötysuhde on muutama prosentti, jota rajoittaa enemmänkin geometriset tekijät kuin lämpötilaero.

Modifioituja hiilinanoputkia voidaan käyttää myös anturitekniikan perustana. MIT:n insinöörit ovat suunnitelleet anturirakenteita, jotka havaitsevat yksittäisien proteiinien molekyylejä.

Tukijoiden mukaan nyt kehitetyt hiilinanoputkirakenteet ovat herkimpiä molekyylejä tunnistavia alustoja, joita teknologisesti on käytettävissä.

Tutkimusta vetäneen Michael Stranon laboratorio on jo aiemmin kehittänyt antureita, joilla voidaan havaita monenlaisia molekyylejä. Ne kaikki perustuvat muunneltuihin hiilinanoputkiin, jotka fluoresoivat laservalolle kukin omalla tavallaan. Tällä kertaa modifioitiin käytettiin aptameereiksi kutsuttuja DNA-ketjuja.

"Tällaisilla nanosensorien rakenteilla ei ole määritysrajaa. Ne voivat nähdä aina yksittäisiin molekyyleihin asti mutta mitä vähemmän molekyylejä on, sitä kauemmin kestää aistia niitä," toteaa Strano yliopistonsa tiedotteessa.

Aiheesta aiemmin:

Nanoputket herkkinä ja vahvoina antureina