Carbon nanotubes
โครงสร้างนาโนที่เป็นวัสดุสังเคราะห์ที่ได้รับความสนใจอย่างมากที่สุดของนักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกในขณะนี้ ทั้งนี้ เนื่องจากว่าท่อนาโนคาร์บอนเป็นวัสดุสังเคราะห์ที่มีลักษณะโครงสร้างพิเศษที่แตกต่างไปจากอัญรูปทั้ง 3 แบบของธาตุคาร์บอน (เพชร กราไฟต์ และบัคมินสเตอร์ฟลูเลอรีน)
โครงสร้างนาโนของท่อนาโนคาร์บอนนี้ ถูกค้นพบในปี ค.ศ. 1991
โดยศาสตราจารย์ชาวญี่ปุ่นชื่อ ซูมิโอะ ลิจิมา ( Sumio Lijima)
นักวิจัยของบริษัทเอ็นอีซี (NEC) ประเทศญี่ปุ่น ได้ค้นพบโครงร่างแบบใหม่ของคาร์บอนที่เป็นลักษณะท่อเล็กที่มีขนาดในระดับนาโนเมตร หรือที่เรียกกันทั่วไปว่า ท่อนาโนคาร์บอน (carbon nanotube) ที่เกิดขึ้นมาจาก อะตอมคาร์บอน ที่จัดเรียงตัวกันเป็นแผ่นซึ่งมีความลื่นไหลสูง อะตอมคาร์บอนเหล่านี้เชื่อมโยงกันเป็นตาข่ายที่มีรูรูปหกเหลี่ยม แต่มีลักษณะที่ม้วนตัวเข้าหากันเป็นท่อหรือเป็นหลอด ขนาดเล็กจิ๋วมากในระดับนาโน และหลังจากนั้นอีกสองปี ลิจิมะก็ทำงานร่วมกันกับโดนัล เบททูน (Donald Bethune) ของบริษัทไอบีเอ็ม (IBM) ประเทศสหรัฐอเมริกา ได้ทำการสำรวจพบว่าโครงสร้างท่อนาโนคาร์บอนผนังเดี่ยวนั้น เป็นโครงสร้างมีขนาดของเส้นผ่านศูนย์กลางเพียง 1-2 นาโนเมตรเท่านั้น
ลิจิมา พบว่าท่อนาโนคาร์บอนสามารถแสดงพฤติกรรมได้เหมือนกับโลหะหรือสารกึ่งตัวนำ สามารถนำไฟฟ้าได้ดีกว่าทองแดง สามารถถ่ายโอนความร้อนได้ดีกว่าเพชร และเป็นโครงสร้างวัสดุที่แข็งแรงที่สุดเท่าที่มนุษย์เคยรู้จักกันมา ดังนั้นในปัจจุบันจึงมีการนำท่อนาโนคาร์บอนมาประยุกต์ใช้ประโยชน์กันมากในด้านต่างๆ ตามคุณสมบัติของนาโน ดังนี้
คุณสมบัติเชิงไฟฟ้า สามารถเป็นได้ทั้งสารกึ่งตัวนำ และเป็นตัวนำไฟฟ้ายิ่งยวด (คือตัวนำที่ไม่มีแรงต้านไฟฟ้าเลย) โดยขึ้นอยู่กับกระบวนการสังเคราะห์การจัดเรียงตัวของอะตอมคาร์บอนตามผนังของท่อ สัดส่วนองค์ประกอบ และวัตถุชนิดอื่นที่ผสมลงไปในโครงสร้างท่อนาโน และเนื่องด้วยเป็นโครงสร้างที่เล็กมากในระดับนาโน ท่อนาโนคาร์บอนจึงมีคุณสมบัติควอนตัม คือสามารถควบคุมการไหลของอิเล็กตรอนแบบไม่ต่อเนื่อง โดยอาจจะสามารถควบคุมการไหลทีละกลุ่มของอิเล็กตรอน หรือควบคุมการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนทีละตัวได้ จึงได้มีการนำมาใช้งานในการผลิตเป็นทรานซิสเตอร์ที่มีความเร็วสูงและมีความต้านทานต่ำมาก และมีการนำมาพัฒนาในการสร้างเกทพื้นฐานเชิงตรรกะ (logic gate) ซึ่งจะนำไปสู่การสร้างระบบของคอมพิวเตอร์นาโน รวมทั้งมีการพัฒนาที่จะนำท่อนาโนคาร์บอนไปใช้แทนโลหะ ในส่วนที่เป็นขั้วในตัวหลอด สำหรับจ่ายลำอิเล็กตรอนในการประดิษฐ์จอภาพแบบรังสีแคโทด ที่ใช้ในจอทีวี หรือจอคอมพิวเตอร์ ด้วยคุณสมบัติที่เหนือกว่าคือสามารถให้ความสม่ำเสมอ ให้ปริมาณที่เพียงพอ และมีอายุการใช้งานของการจ่ายอิเล็กตรอนนานกว่า และยังเป็นการประหยัดพลังงาน เนื่องจากสามารถจ่ายอิเล็กตรอนได้ที่อุณหภูมิห้อง โดยไม่จำเป็นต้องเผาไส้หลอดให้แดง อย่างกรณีการใช้โลหะคุณสมบัติด้านเชิงกล มีน้ำหนักเบา และโครงสร้างมีความยืดหยุ่นอย่างมาก มีความแข็งแกร่งมากกว่าเหล็ก 60 เท่า จะสามารถใช้ลากรถบรรทุกขนาดใหญ่ได้อย่างสบาย และนำมาใช้เป็นวัสดุเสริมแรงในผลิตภัณฑ์หลายชนิดอย่างเช่น อุปกรณ์กีฬากอล์ฟและเทนนิส เป็นต้น (และมีแนวโน้มในการใช้ผลิตเป็นโครงสร้างของเครื่องบินอีกด้วย)
นอกเหนือจากคุณสมบัติพิเศษทั้งในด้านอิเล็กทรอนิกส์และทางด้านวัสดุศาสตร์แล้ว มีรายงานผลการวิจัยเกี่ยวกับท่อนาโนคาร์บอนในด้านนาโนเทคโนโลยีชีวภาพ เพื่อใช้เป็นพาหะในการทำยีนหรือพันธุกรรมบำบัด (gene therapy) คือการนำส่งยีนที่ขาดหายไปหรือต้องการใช้ในการรักษาโรคเข้าสู่ร่างกายของผู้ป่วย เพื่อใช้ในการสร้างโปรตีนที่เหมาะสม เพื่อใช้ในการรักษาโรคได้หลายชนิด เช่น โรคมะเร็ง โรคเอดส์ โรคติดเชื้อ และในวัคซีน และในปัจจุบันนักวิจัยได้ทำการวิจัย โดยการนำยีนที่ร่างกายขาดหายไปมาทำการตัดต่อในห้องทดลองและให้แก่คนไข้ โดยการดัดแปลงโครงสร้างของท่อนาโนคาร์บอนให้มีสายของอะตอมออกซิเจนและคาร์บอนยื่นออกมานอกท่อนาโนคาร์บอน และทำการเชื่อมต่อกับกับหมู่อะมิโนที่มีประจุบวก จากการดัดแปลงนี้ทำให้ท่อนาโนคาร์บอนสามารถละลายน้ำได้ดีและมีประจุบวกอยู่โดยรอบ เนื่องจากประจุของท่อนาโนคาร์บอนและดีเอ็นเอที่ตรงข้ามกัน (ดีเอ็นเอมีประจุลบจากหมู่ฟอสเฟต) ทำให้เกิดเป็นแรงดึงดูดขึ้น โดยเหนี่ยวนำให้เกิดเป็นสารประกอบเชิงซ้อนของท่อนาโนคาร์บอนที่มีดีเอ็นเออยู่รอบๆ และจากผลการวิจัยโดยการเพาะเลี้ยงในเซลล์สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม พบว่าท่อนาโนคาร์บอนบรรจุดีเอ็นเอสามารถเข้าสู่เซลล์และนำส่งสู่นิวเคลียสได้ และเหนี่ยวนำทำให้เกิดการสร้างโปรตีนได้ นอกจากนี้ไม่พบการเป็นพิษต่อเซลล์จากท่อนาโนคาร์บอนด้วย
ดีเอ็นเอในท่อนาโน
http:// physicword.com/cws/article/ws/47475
http:// www atom. Mut physic.com/sicbook/nanotech/paqe/unit 3-8htm/
