При синтезе наноструктур получается смесь продуктов реакции с разными характеристиками. Перед тем как создавать на основе наночастиц новые сенсоры, системы доставки лекарств и другие полезные вещи, частицы необходимо рассортировать. Учёные из США предложили выделять из смеси нанотрубки с нужной структурой с помощью поверхностно-активных веществ.

Однослойная углеродная нанотрубка – это свёрнутый в трубочку слой углеродных атомов (графитовая плоскость) диаметром примерно 1 нм. Атомы в этом слое организованы в гексагональную решётку. В зависимости от того, под каким углом происходит сворачивание графитовой плоскости, рисунок углеродных шестиугольников будет смещаться относительно оси нанотрубки.

Гексагональная решётка графита может быть по-разному ориентирована относительно оси нанотрубки (эту характеристику называют хиральностью). В зависимости от этого будут изменяться электрические свойства материала. Нанотрубки могут быть полупроводниками или обладать высокой, как у металлов, электропроводностью.

Очевидно, что оба варианта трубок могут найти применение в различных приборах, например в транзисторах и сенсорах. Но эффективную электронику на основе нанотрубок можно создавать только в том случае, если удалось выделить достаточное количество трубок с одинаковой хиральностью.

Исследователи Университета Оклахомы в США предположили, что некоторые поверхностно-активные вещества (ПАВ) могут избирательно связываться с нанотрубками нужного диаметра и структуры и использоваться для их выделения из общей массы. Они изучили характеристики существующих ПАВ, а в настоящий момент работают над синтезом новых веществ для эффективного разделения нанотрубок. Статья на эту тему была опубликована в издании ACS Nano.

В водном растворе, содержащем нанотрубки, происходит адсорбирование ПАВ на поверхность трубок. Используя молекулярное моделирование, Альберто Стриоло (Alberto Striolo) и его коллеги установили связь между структурой ПАВ и силой отталкивания и притяжения между трубками в присутствии этих веществ. Когда ПАВ оседают на поверхности нанотрубки, они образуют вокруг неё капсулу и трубка отделяется от остальных. Учёные пришли к выводу, что ПАВ связываются преимущественно с трубками определённой структуры, а значит, и в раствор переходят трубки с одинаковой хиральностью.

Основываясь на теоретическом моделировании, Стриоло и его коллеги начали проектирование молекул, которые способны отделять интересующие их нанотрубки.

«Хотя технология ещё не готова, направление нашей работы уже чётко определено. Мы будем моделировать молекулы ПАВ, которые образуют на поверхности нанотрубок системы с определённой морфологией в соответствии с хиральностью и диаметром трубки», – цитирует Стриоло сайт nanotchweb.org.

Учёные также создают базу данных, описывающую поведение известных ПАВ. Они отмечают, что некоторые ПАВ вообще непригодны для разделения нанотрубок, но удалось выделить и ряд веществ, подходящих для этой задачи. Например, с трубками определённого диаметра и структуры эффективно связывается флавинмононуклеотид – модификация витамина B2.