3-2) انرژي اتصال………………………………………………………………………………………………………………………49
4-3) محاسبات طول پيوند…………………………………………………………………………………………………………..51
4-4) محاسبات زاويه ي پيوند……………………………………………………………………………………………………..53
3-5) محاسبات خواص بنيادي……………………………………………………………………………………………………..55
3-6) بار هاي اتمي……………………………………………………………………………………………………………………..57
3-7) ممان دو قطبي……………………………………………………………………………………………………………………59
3-8) شكاف بين HOMO و LUMO…………………………………………………………………………………………..61

نتيجه گيري………………………………………………………………………………………………………………………………..80
منابع………………………………………………………………………………………………………………………………………….81
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول 3-1) نماد گذاري مولكول هاي بررسي شده………………………………………………………………………..39
جدول 3-2) انرژي ساختار هاي MNU و نانولوله ها…………………………………………………………………….49
جدول 3-3) انرژي ساختارها پس از قرار گرفتن MNU بر سطح نانولوله ها…………………………………….50
جدول 3-4) مقادير طول پيوند MNU قبل و بعد از اتصال به نانولوله به روش DFT/B3LYP6-31G(d) بر حسب آنگستروم براي ساختارهاي a،b،c،d،e،f،gوh……………………………………………………51
جدول 3-5) مقادير طول پيوند MNU قبل و بعد از اتصال به نانولوله به روش DFT/B3LYP 6-31G(d) بر حسب آنگستروم براس ساختارهايi ،j،k،l،m،n،oوp………………………………………………..52
جدول 3-6) مقادير زاويه ي پيوند MNU قبل و بعد از اتصال به نانولوله ها به روش DFT/B3LYP 6-31G(d) براي تركيبات (h), (g), (f), (e), (d), (c), (b), (a)……………………………………………………………..53
جدول 3-7) مقادير زاويه پيوند MNUقبل و بعد از اتصال به نانولوله ها به روش DFT/B3LYP 6-31G(d) براي ساختار هاي (i)، (j)، (k)،(l) ،(m)،(n)،(o)و(p)………………………………………………………54
جدول 3-8) بررسي خواص بنيادي ساختار ها……………………………………………………………………………….56
جدول 3 -9) مقادير بار هاي اتمي موليكن مولكول MUN قبل و بعد از اتصال به سطح نانولوله به روش DFT/B3LYP 6-31G(d) بر حسب دباي براي ساختار هاي (a)، (b)، (c)، (d)، (e)، (f)، (g)و(h)……………………………………………………………………………………………………………………………………..58
جدول 3-10) مقادير بار هاي اتمي مولكين مولكول MNU قبل و بعد از اتصال به سطح نانولوله به روش DFT/B3LYP 6-31G(d بر حسب دباي براي ساختار هاي (i)، (j)، (k)، (l)، (m)، (n)، (o)و (p)……………………………………………………………………………………………………………………………………………58
جدول 3-11) ممان ساختارهاي قبل و بعد از اتصال مولكولMNU به نانولوله به روش )DFT/B3LYP 6-31G(d) برحسب دباي(……………………………………………………………………………………60
جدول 3-12) شكاف بين HOMO- LUMO بعد از قرار گرفتن مولكول MNUبر روي نانولوله ها به روش DFT/B3LYP 6-31G(d)…………………………………………………………………………………………….62
فهرست اشکال
عنوان صفحه
شکل 1-1) نمايي از يک نانولوله کربني…………………………………………………………………………………………..5
شکل 1-2) شبکه کريستالي الماس(a)وساختارکريستالي گرافيت(b)…………………………………………………….6
شکل 1-3) نمايي از چگونگي دگرگوني گرافيت و تبديل شدن به نانولوله کربني………………………………….7
شکل 1-4) نمايي ازنانولوله هاي تک ديواره و چند ديواره…………………………………………………………………8
شکل 1-5) چگونگي توصيف نانولوله هاي کربني با بردار هاي m و n……………………………………………….9
شکل 1-6) نمايي از نانولوله هاي صندلي(a) و زيگ زاگ (b) و کايرال (c)……………………………………….10
شکل 1-7) نمايي از نانولوله هاي باز (a) و بسته (b) و نيمه باز (c)…………………………………………………12
شکل 1-8) نمايي از يک نانولوله بور نيتريد……………………………………………………………………………………13
شکل 1-9) ساختار شيميايي 1-متيل-1-نتروزواوره………………………………………………………………………..18
شکل 3-1) ساختارهاي بهينه شده ي 1-متيل-1-نيتروزواوره و نانولوله ها با استفاده از روش DFT/B3LYP 6-31G(d) …………………………………………………………………………………………………………..40
شکل 3-2) ساختار بهينه شده نانوله ها بعد از اضافه شدن مولکول 1-متيل-1-نيتروزواوره با استفاده از روش DFT/B3LYP 6-31G(d) ………………………………………………………………………………………………….44
شکل 3-3) اوربيتال هاي (a) HOMO و (b) LUMO ساختار MNU……………………………………………….64
شکل 3-4) طيف DOS ساختار MNU…………………………………………………………………………………………64
شکل 3-5) اوربيتال هاي (a) HOMO و (b) LUMO ساختار (a)…………………………………………………….65
شکل 3-6) اوربيتال هاي (a) HOMO و (b) LUMO ساختار(b)……………………………………………………..65
شکل 3-7) طيف DOS ساختار(a) و BNNT(8-0)……………………………………………………………………….65
شکل 3-8) طيف DOS ساختار (b)و BNNT(8-0)………………………………………………………………………..66
شکل 3-9) اوربيتال هاي (a) HOMO و (b) LUMO ساختار (c)…………………………………………………….66
شکل 3-10) طيف DOS ساختار هاي (c) و BPNT(7-0)……………………………………………………………..67
شکل 3-11) اوربيتال هاي (a) HOMO و (b) LUMO ساختار (d)………………………………………………….67
شکل 3-12) طيف DOS ساختار هاي (d) وBPNT(7-0) ………………………………………………………………68
شکل 3-13) اوربيتال هاي (a) HOMO و (b) LUMO ساختار(e)……………………………………………………68
شکل 3-14) اوربيتال هاي (a) HOMO و (b) LUMO ساختار (f)…………………………………………………..68
شکل 3-15) طيف DOS ساختار هاي (e) و BNNT(5-5)………………………………………………………………69
شکل 3-16) طيف DOS ساختارهاي (f) و BNNT(5-5)……………………………………………………………….69
شکل 3-17) اوربيتال هاي (a) HOMO و (b) LUMO ساختار (g)………………………………………………….69
شکل 3-18) طيف DOS ساختارهاي (g) و CNT(5-5)………………………………………………………………….70
شکل 3-19) اوربيتال هاي (a) HOMO و (b) LUMO ساختار (h)………………………………………………….70
شکل 3-20) طيف DOS ساختارهاي (h) وCNT(5-5) ………………………………………………………………….71
شکل 3-21) اوربيتال هاي (a) HOMO و (b) LUMO ساختار (i)…………………………………………………..71
شکل 3-22) طيف DOS ساختارهاي (i) و BNNT(8-0)-doped Ga……………………………………………….72
شکل 3-23) اوربيتال هاي (a) HOMO و (b) LUMO ساختار (j)…………………………………………………..72
شکل 3-24) طيف DOS ساختارهاي (j) و BNNT(8-0)-doped Ga……………………………………………….73
شکل 3-25) اوربيتال هاي (a) HOMO و (b) LUMO ساختار (k)………………………………………………….73
شکل 3-26) طيف DOS ساختارهاي (k) و BNNT(8-0)-doped Ge………………………………………………74
شکل 3-27) اوربيتال هاي (a) HOMO و (b) LUMO ساختار (l)…………………………………………………..74
شکل 3-28) طيف DOS ساختارهاي (l) و BNNT(8-0)-doped Ge……………………………………………….75
شکل 3-29) اوربيتال هاي (a) HOMO و (b) LUMO ساختار (m)…………………………………………………75
شکل 3-30) طيف DOS ساختارهاي (m) و CNT(5-5)-doped Al…………………………………………………76
شکل 3-31) اوربيتال هاي (a) HOMO و (b) LUMO ساختار (n)………………………………………………….76
شکل 3-32) طيف DOS ساختارهاي (n) و CNT(5-5)-doped Al…………………………………………………77
شکل 3-33) اوربيتال هاي (a) HOMO و (b) LUMO ساختار (O)…………………………………………………77
شکل 3-34) طيف DOS ساختارهاي (o) و CNT(5-5)-doped Ga……………………………………………….78
شکل 3-35) اوربيتال هاي (a) HOMO و (b) LUMO ساختار (p)………………………………………………….78
شکل 3-36) طيف DOS ساختارهاي (p) و CNT(5-5)-doped Ga………………………………………………..79
چکيده
نانولوله ها گروه جديدي از خانواده کربن هستند. اين ترکيبات اغلب به عنوان شکل سوم کربن (پس از الماس و گرافيت) در نظر گرفته مي شود و کاملا از کربن با هيبريد sp2 تشکيل شده است. امروزه نانولوله ها بسيار مورد توجه اند. در اين تحقيق ابتدا نانولوله هاي زيگزاگ بور نيتريد (8-0) ، بور فسفر (7-0) و نانولوله هاي صندلي كربني (5-5) و نيز نانولوله هاي زيگزاگ بور نيتريد (8-0) با ناخالصي هاي گاليوم و ژرمانيوم و همچنين نانولوله هاي صندلي كربني (5-5) با ناخالصي هاي آلومينيوم و گاليوم و مولكول 1-متيل-1-نيتروزواوره (MNU) با استفاده از نرم افزار هاي Gaussview و Nanotube Modeler ترسيم شده و سپس با استفاده از نرم افزار Gaussian 09 و متد DFT بر پايه B3LYP6-31G(d) بهينه و براي آنها مقدار انرژي محاسبه شد. سپس مولكول MNU از دو جهت (يك بار از طرف NH2- و بار ديگر از طرف CO و NO) به نانولوله نزديک شد و سپس ساختارهاي فوق با استفاده از نرم افزار گوسين 09 و با متد DFT با سري پايه B3LYP6-31G(d) بهينه شدند. سپس طول پيوند ها، زواياي پيوند، بار هاي اتمي، ممان دو قطبي، انرژي هاي پيوند، شكاف بين LUMO- HOMO ، پتانسيل يونش، سختي، نرمي، الكترون خواهي و پتانسيل شيميايي مولكول مطالعه شد.
کليدواژه
نانولوله کربني ، نانولوله بورنيتريد ، 1-متيل-1-نيتروزواوره ، تئوري تابع چگالي الکتروني .
فصل اول
مقدمه
1-1) مقدمه اي بر علم محاسبات
شيمي محاسباتي گوياي كاربرد محاسبات در شيمي است و در حقيقت شاخه اي از دانش شيمي است كه سعي در حل مسائلي چون پيش بيني ساختار مولكولي، خواص مولكولي و واكنش هاي شيميايي با استفاده از كامپيوتر دارد و در اين رشته از نتايج شيمي نظري كه در قالب برنامه هاي مؤثر كامپيوتري در آمده اند، براي محاسبات ساختار و خواص مولكول ها استفاده مي شود. نتايج آن كامل كننده اطلاعات بدست آمده از آزمايش هاي شيميايي هستند اما در برخي موارد مي تواند منجر به پيش بيني پديده هاي شيميايي مشاهده نشده شود. از اين رشته به گستردگي براي طراحي مواد جديد و دارو ها استفاده مي شود،‌ زيرا در اين موارد پيش گويي دقيق ويژگي هاي فيزيكي حقيقي الزامي است.
از مهم ترين مزاياي يك شبيه سازي مي توان به پيش بيني خواص مولكول ها بدون انجام عملي آزمايشات آنها در آزمايشگاه است و در واقع مي توان اطلاعات اوليه براي انجام واكنش بدون صرف كمترين مواد و هزينه، بدون مواجه شدن با مواد سمي و خطرناك را تا حدودي حدس زد. تا از اين طريق انجام عملي آزمايش براي ما آسان تر شود تا در هزينه و مواد صرفه جويي لازم حاصل شود. همچنين مي توان از اين طريق اطلاعات درباره ي آزمايشاتي كه امكان انجام آنها در آزمايشگاه امكان پذير نيست را بدست آورد. به طور كلي مي توان شبيه سازي را يك آزمايشگاه كوچك مجازي نام برد كه امروزه در دنيا بسيار مهم و پر طرفدار است به طوري كه هر ساله نرم افزار هاي قدرتمندي براي انجام محاسبات در تمام علوم خصوصأ شيمي به بازار معرفي مي گردد. و هرساله كامپيوتر هاي قدرتمندتري با قدرت پردازش بهتر به بازار عرضه مي گردد كه انجام محاسبات براي مولكول هاي بزرگتر و پيچيده تر را امكان پذير مي كند و حتي انجام محاسبات براي مولكول هاي بسيار بزرگ نيز توسط ابر رايانه ها امكان پذير شده است.
1-2) فن آوري نانو
فناوري نانو يا نانوتكنولوژي1 رشته اي از دانش كاربردي و فناوري است كه رشته هاي گسترده اي از علوم را پوشش مي دهد. موضوع اصلي آن نيز مهار ماده يا دستگاه هاي در ابعاد كمتر از يك ميكرومتر، معمولأ حدود 1 تا 100 نانومتر است. در واقع نانوتكنولوژي فهم و به كار گيري خواص جديدي از مواد و سيستم هايي در اين ابعاد است كه اثرات فيزيكي جديدي- عمدتأ متأثر از غلبه خواص كوانتومي بر خواص كلاسيك- از خود نشان مي دهند. فناوري نانو موج چهارم انقلاب صنعتي، پديده اي عظيم است كه در تمامي گرايشات علمي راه يافته و از فناوري هاي نويني است كه با سرعت هرچه تمام تر در حال توسعه است. از ابتداي دهه 1980 ميلادي، گستره طراحي و ساخت ساختمان ها هر روزه شاهد نوآوري هاي جديدي در زمينه ي مصالح كارآراتر و پر بازده تر، مقاومت، شكل پذيري ، دوام و توانايي بيشتر نسبت به مصالح سنتي است. فناوري نانو يك رشته به شدت ميان رشته اي است و به رشته هايي چون مهندسي مواد ، پزشكي، داروسازي و طراحي دارو ، دامپزشكي، زيست شناسي، فيزيك كاربردي، ابزار هاي نيم رسانا، شيمي ابر مولكول، مهندسي مكانيك، مهندسي برق و مهندسي شيمي نيز مربوط مي شود. تحليل گران بر اين باورند كه فناوري نانو، فناوري زيستي (Bio technology) و فناوري اطلاعات (IT)، سه قلمرو علمي هستند كه انقلاب سوم صنعتي را شكل مي دهند. نانوتكنولوژي مي تواند به عنوان ادامه دانش كنوني به ابعاد نانو يا طرح ريزي دانش كنوني بر پايه هايي جديد تر و امروزي تر باشد.
فن آوري نانو توانايي ساخت، كنترل و استفاده ماده در ابعاد نانومتري است. اندازه ذرات در فناوري نانو مهم است، چراكه در ابعاد نانويي، ابعاد ماده در خصوصيات آن بسيار تأثيرگذار است و خواص فيزيكي، شيميايي و بيولوژيكي تك تك اتم ها و مولكول ها با خواص توده ماده متفاوت است. اين اندازه در مواد مختلف متفاوت است اما به طور معمول مواد نانو به موادي كه حداقل يكي از ابعاد آن كوچك تر از 100 نانومتر باشد گفته مي شود.
در مجموع فن آوري نانو شامل سه مرحله است:
1. طراحي مهندسي ساختار ها در سطح اتم
2. تركيب اين ساختار ها و تبديل آنها به مواد جديد با ساختار نانو با خصوصيات ويژه.
3. تركيب اين گونه مواد و تبديل آنها به ابزار هاي سودمند.
انتظار مي رود كه نانوتكنولوژي نياز بشر را به مواد كمياب كمتر كرده و با كاستن آلاينده ها، محيط زيستي سالم تر را فراهم كند و نيز كاربرد آن را در علوم مختلف به خصوص پزشكي به بالاتر رفتن كيفيت زندگي انسان و نجات انسان ها كمك بسيار كند. يكي از شاخه هاي اصلي نانوتكنولوژي نانومواد مي باشد كه خود شامل سه شاخه نانوپودرها، نانولوله ها و نانوكامپوزيت ها مي باشد. در اين تحقيق ما در مورد نانولوله ها و كاربرد آن در نانوتكنولوژي بحث مي كنيم.
1-3) نانولوله هاي كربني
نانولوله هاي كربني2 (CNT) كه استوانه هاي تو خالي از ورقه هاي گرافيت هستند، شكل لوله مانند داشته و در سال 1991 توسط سوميو ايجيما3 (از شركت NEC ژاپن) كشف شده است[1].
شکل 1-1) نمايي از يک نانولوله کربني
ساختارهاي کربني داراي شکل هاي مختلفي از جمله الماس و گرافيت مي باشد.
شکل 1-2) شبکه کريستالي الماس(a)وساختارکريستالي گرافيت(b).
ساختار نانولوله هاي كربني را مي توان شكل دگرگون شده ي گرافيت تصور كرد. در گرافيت لايه هاي بسيار زياد اتم هاي كربن در شكل شش ضلعي به هم متصل بوده و ورقه هاي سطحي را تشكيل مي دهند. اين مواد داراي خواص ساختاري، مكانيكي و الكتريكي فوق العاده هستند كه ناشي از استحكام ويژه پيوند هاي كربني وتقارن استوانه اي آنهاست. خواص منحصر به فرد و استحكام كششي خوب از يك جنبه و ويژگي اسكلتي نانولوله ها (كربن ماده اي است كم وزن، بسيار پايدار و ساده جهت انجام فرايند ها كه توليد آن نسبت به فلزات ارزان تر است) در دهه گذشته موجب تحقيقات مهمي در زمينه ي كارايي، ساختار اتمي، الكتروني و روش هاي توليد آنها شده است.مي توان گفت دليل اين علاقه ويژه به نانولوله ها به علت ساختار منحصر به فرد آنهاست.

شکل 1-3) نمايي از چگونگي دگرگوني گرافيت و تبديل شدن به نانولوله کربني.
1-3-1) شكل هاي مختلف نانولوله
يك CNT به دو شكل نانولوله تك جداره4 (يك ورقه لوله شده) و يا چند جداره5 (چند ورقه كه با هم لوله شده) وبا انواع مختلف دستوارگي نشان دهنده ي آرايش شش ضلعي حاصل از اتم هاي كربن است كه در جهت محور لوله شكل گرفته اند.

شکل 1-4-نمايي ازنانولوله هاي تک ديواره و چند ديواره
پس ممكن است دو لوله با قطر يكسان، ساختار متفاوتي داشته باشند، اگرچه منحصرأ از اتم هاي كربن تشكيل شده باشد. اتم هاي كربن روي سطح نانولوله ها همگي داراي ساختار شش ضلعي بوده بسته به چگونگي لوله كردن ورقه شش ضلعي، سه ساختار مختلف ايجاد مي شود. يك CNT را با بردار (m, n) توصيف مي كنند، كه m و n اعداد صحيح هستند[2].m=0 يك نانولوله ي زيگ زاگ را توصيف مي كند، كه شش ضلعي هاي آن به صورت زيگ زاگ در طول لوله پايين مي روند، اما اگر m=n باشد به نانولوله مدل صندلي دسته دار گفته مي شود، كه شش ضلعي ها در لوله مستقيمأ به موازات طولشان درست شبيه دسته هاي يك صندلي دسته دار امتداد پيدا مي كنند. لوله ها همچنين ممكن است بين اين دو انتها دستوارگي داشته باشند، كه مي توانند با پيچيدن يك لوله تشكيل شوند كه به آن نانولوله كايران مي گويند.
شکل 1-5) چگونگي توصيف نانولوله هاي کربني با بردار هاي m و n.
1-3-2) ساختار نانولوله ها
در شكل (1-6 ) نيز ساختار سه نوع مختلف از نانولوله ها نشان داده شده است. نانولوله (5-5) از نوع صندلي دسته دار با m=n ، نانولوله (9-0) زيگ زاگ با m=0 و نانولوله (10-5) كايران است.

شکل 1-6) نمايي از نانولوله هاي صندلي(a) و زيگ زاگ (b) و کايرال (c).
1-3-3) خواص نانولوله ها
نانولوله ها خواص متفاوتي داشته و ماهيت الكتروني آنها به دستوارگي بستگي دارد. نانولوله هاي تك ديواره با توجه به ساختارشان يا نيمه رسانا يا رسانا هستند. تمام نانولوله هاي صندلي شكل رسانا هستند، يك سوم نانولوله هاي زيگ زاگ و كايران هم رسانا بوده و بقيه نيمه رسانا هستند. نانولوله هاي چند ديواره نيز رسانا هستند. درجه ي رسانايي يا نيمه رسانايي با ناخالص سازي قابل كنترل است، براي مثال تحقيقات اخير نشان داده كه وجود اكسيژن در رسانايي نانولوله مؤثر است. CNT ها همچنين دستگاه هاي نشر كننده ميداني با كيفيت بالا هستند [3]. قرار دادن نانولوله هاي كربني در يك ميدان الكتروني قوي باعث توليد الكترون ها با يازده بالا، بدون آسيب رساني به لوله ها مي شوند. نانولوله ها بسيار انعطاف پذير بوده و قابليت خم شدن دايره اي يا حتي گره خوردن را دارا مي باشند. در مورد رفتار حرارتي CNT كار كمتري انجام شده است، ولي كارهاي نظري انجام شده روي سوسپانسيون CNT ها در مايعات نشان مي دهد كه هدايت حرارتي آنها مي تواند به طور قابل توجهي بالا باشد [4-5]. اگر اين ارزيابي ها درست باشد، كربن نانوتيوپ ماده اي است كه بيشترين هدايت حرارتي را در دماي اتاق داراست.
1-3-4) كاربرد نانولوله ها
كشف نانولوله هاي چند ديواره موجب تحقيقات وسيع تري در اين عرصه شده است. اين تا حد زيادي به علت تركيب خواص مطلوبي نظير بي نقص شدن ساختار، كوچكي، چگالي كم، سختي و استحكام بالا ( استحكام كششي بيروني ترين لايه ي نانولوله چند ديواره، تقريبأ صد برابر بيشتر از آلومينيوم است) در آنها مي باشد. نانولوله ها جزو ساختارهايي هستند كه در صنعت كاربرد داشته، زيرا كربن ماده اي سبك، پايدار، فراوان و از فلزات نيز ارزان تر است. پيام هاي الكتريكي از ميان نانولوله هاي كربني بسيار سريع تر عبور كرده و به دليل اين ويژگي كامپيوتر هاي پر سرعت تر تهيه شده است. نانولوله هاي كربني تك ديواره به طور قابل ملاحظه اي سفت، محكم و هادي جريان الكترسيته بوده و پيش بيني مي شود كه هدايت حرارتي بهتري نسبت به الماس داشته باشد، كه اين مسائل كاربرد آنها را در الكتريك بالا مي برد [6]. از سوي ديگر نانولوله هاي كربني به علت سازگاري زيستي و استحكام بالا در بيوتكنولوژي نيز كاربرد دارند، براي نمونه براي ساخت ماهيچه مصنوعي وحمل كننده هاي دارويي، از آنها مي توان بدون ايجاد زخم براي انتقال دارو استفاده كرده، تصويربرداري زيستي دقيق ، استفاده در حسگرها، شناسايي و جداسازي كاملأ اختصاصي DNA ، ژن درماني از طريق انتقال ژن به درون سلول و … بخشي از كاربردهاي نانولوله هاي كربني است.
نانولوله ها و فولون ها گروه جديدي از خانواده كربن هستند. اين تركيبات كاملأ از كربن با هيبريد sp2 تشكيل شده اند و اغلب به عنوان شكل هاي سوم كربن (پس از الماس و گرافيت) در نظر گرفته مي شود. در اين مولكول ها بر خلاف گرافيت و الماس كه تنها از شبكه هاي كربني ساخته شده اند، علاوه بر حلقه هاي شش ضلعي، حلقه هاي پنج ضلعي نيز وجود دارد كه ساختار ويژه اي ايجاد كرده است.
1-3-5) نانولوله هاي باز وبسته
نانولوله ها اغلب به صورت هاي بسته يا باز از هر دو انتها وجود دارند. از اين رو اين تركيبات را مي توان مانند قفس هاي سه بعدي بسته يا نظير فولون6 هاي بسط داده شده، در نظر گرفت. گاهي ممكن است نانولوله از يك سمت بسته و از سمت ديگر باز باشد [2].
شکل 1-7) نمايي از نانولوله هاي باز (a) و بسته (b) و نيمه باز (c).
1-4) نانولوله هاي بور نيتريد
نانولوله هاي بور نيتريد7 (BNNTs) را مي توان شكل مدور صفحه گرافن مانند شبكه بور نيتريد تصور كرد، كه در آن اتم هاي نيتروژن و بور جايگزين اتم هاي كربن شده اند. علي رغم شباهت هاي ساختاري زياد اين نانولوله ها با نانولوله هاي كربني، تفاوت هاي فراواني هم بين آنها مشاهده مي شود. براي مثال، نانولوله هاي كربني مي تواند باتوجه به جهت چرخش، هم رسانا و هم نيمه رسانا باشد، در حالي كه شبكه بور نيتريد، مستقل از دستوارگي لوله و شكل آن مي باشد. به علاوه نانولوله ي بور نيتريد، مقاومت گرمايي و شيميايي بسيار بيشتري دارد. خواص الكتريكي نانولوله هاي بور نيتريد بر خلاف همتا هاي كربني، مستقل از قطرلوله و تعداد لايه ها مي باشد. BNNTها داراي خواص مكانيكي، پايداري شيميايي، ويژگي هاي الكتريكي و پايداري حرارتي بهتري نسبت به CNTها مي باشند [7-8].
شکل 1-8) نمايي از يک نانولوله بور نيتريد.
همچنين تعامل خوبي با مولكول هاي آلي، مانند پروتئين ها و DNA از خود نشان داده اند،كه اين ويژگي، براي كاربرد هاي پزشكي BNNT بسيار اميدوار كننده خواهد بود [9].
1-4-1) خالص سازي نانولوله هاي بورنيتريد
چن و همكارانش، اولين گزارش ها از خالص سازي نانولوله هاي بورنيتريد را در چهار مرحله ارائه كردند:
1- توضيع توده هاي بزرگ، با واكنش شيميايي در اتانول.
2- حذف ذرات فلزي، به وسيله ي شستشوي شيميايي انتخابي با اسيد كلريدريك.
3- تجزيه ي ذرات بور نيتريد، از طريق اكسيداسيون انتخابي در دماي 800 درجه سانتيگراد در هوا.
4- شستن با آب گرم و فيلتر كردن به منظور حذف باقي مانده هاي B2O3.
در روشي ديگر، استفاده از بر هم كنش هاي قوي بين نانولوله ها و ناخالصي هاي بورنيتريد مورد توجه واقع شده است. پليمر تركيبي به طور انتخابي اطراف نانولوله ها را مي پوشاند و براي تشخيص بين نانولوله ها و ناخالصي هاي بورنيتريد مي تواند استفاده شود. اين روش يك فرايند سه مرحله اي مي باشد:
1- نخست براي حذف ذرات كاتاليسي، نمونه اي با HNO3 شسته مي شود.
2- يك پليمر تركيبي، پلي (ام- فنيل و نيلين) – كو(2و5- دي اكتوكسي- پي- فنيل) يا PmPv براي پوشاندن نانولوله هاي بورنيتريد به وسيله مخلوط كردن PmPv و نانولوله هاي بورنيتريد در كلروفرم استفاده مي شود، كه نانولوله هاي بورنيتريد پوشيده شده را محلول مي سازد. سپس با استفاده از سانتريفوژ كردن مخلوط ،مواد غير محلول ( ناخالصي هاي BN) جدا مي شود.
3- واكنش حرارتي مواد كامپوزيتي در هوا، در دماي 700 درجه سانتيگراد و پوشش PmPv را بر مي دارد و نانولوله هاي بور نيتريد را استخراج مي كنند [10].
1-5) فرايند هاي توليد نانولوله
جهت توليد هرنانو ذره، يكي از دو روش توليد بالا به پايين و يا پايين به بالابه كار گرفته مي شود. در روش بالا به پايين از ساختار هاي ميكرو و بزرگتر به ابعاد نانو مي رسند، اما در روش پايين به بالا بلوك هاي سازنده نانومواد كنار هم قرار گرفته، ساختار شكل مي گيرد كه اين روش بر كليات شيمي مبتني مي باشند. شش روش كلي و مرسوم براي توليد نانو مواد، وجود دارد كه عبارتند از: رسوب گذاري الكتريكي، سنتز از طريق سل- ژل، قوس الكتريكي، رسوب دهي فاز بخار شيميايي، آسياب كردن و سايش با حركت گلوله. در اين ميان چهار روش اول جزء روش هاي توليد از پايين به بالا و دو روش آخر جزء روش هاي بالا به پايين مي باشند. روش هاي قوس الكتريكي، تبخير ليزري و رسوب دهي بخارات شيميايي، بيشترين استفاده براي توليد نانولوله ها را دارند، كه دو روش قوس الكتريكي و تبخير ليزري بر پايه كربن جامد و روش رسوب دهي بخارات شيميايي بر پايه كربن گازي صورت مي گيرد [11].
1-6) سازگاري زيستي نانولوله ها
در سال هاي اخير با افزايش روز افزون كاربرد هاي متفاوت نانولوله ها در صنعت و حضور بيشتر آنها در محيط، ارتباط معني داري بين آنها و بيماري هاي تنفسي و پوستي پيدا شده است و همين امر باعث جلب توجه دانشمندان به سازگاري زيستي نانولوله ها و اثرات مضر احتمالي آنها، بر سلول ها شده است [12-13]. اين امر مراكز علمي را بر آن داشت تا اين اثرات، يعني تأثير نانولوله بر سلول را مورد بررسي قرار دهند. مطالعاتي كه در ابتدا انجام شده بود نشان مي داد كه نانولوله ها و هم خانواده هاي آنها تأثير چنداني بر ريخت شناسي8، رشد و تكثير سلولي ندارند [14]. اما امروزه مشخص شده كه شاخص هايي چون ابعاد فيزيكي ، مساحت ، مقدار، نسبت طول به قطر ، زمان، خلوص و وجود عوامل شيميايي متصل به سطح، هر يك به نوبه خود در سمي بودن نانولوله مؤثرند [15-16]. مشخص شده كه آستانه ي اثر كشندگي نانولوله براي نانولوله هاي چند ديواره و تك ديواره ، حدود 3.06 ميكرو گرم در ميلي ليتر است كه اين رقم، رقمي قابل توجه است [17]. بررسي هاي ديگر نشان داده كه نانولوله هاي ناخالص، اثرات سمي كمتري نسبت به نوع خالص آنها دارد . اثر عوامل شيميايي بر روي سطح نانولوله، مهم تر از خلوص مي باشد كه اثرات سمي آن را كاهش مي دهند [16].
1-7) نانولوله هاي كربني در پزشكي
در طي سه دهه ي اخير، رشد چشم گير فناوري نانو باعث عرضه ي ابداعات قابل توجهي در زمينه داروشناسي شده است، كه به نوبه ي خود تحولات گسترده اي در زمينه ي انتقال تركيبات فعال زيستي به وجود آورده است. مهم ترين فناوري نانو در زمينه ي داروشناسي، امكان انتقال دقيق داروها به هدفشان را فراهم آورده است.اخيرا سيستم هاي دارو رساني جديد مبتني بر آرايه هاي كربني ارائه شده است كه داروها را به شكل كنترل شده، از محل تجويز دارو به محل اثر آن انتقال مي دهد. اين به معني عبور مولكول هاي دارو از تعداد زيادي موانع فيزيولوژيك است، كه به نوبه ي خود مهمترين مشكل در انتقال هدفمند دارو به درون سلول ها مي باشد [18]. نانولوله ها، علاوه بر انتقال دارو براي انتقال مولكول هاي بخصوصي نيز به درون سلول به كار مي رود.
به طور كلي حامل هاي نانو ممكن است:
– يك دارو را از تخريب محافظت كنند.
– جذب دارو را از طريق تسهيل توزيع آن از غشاي روده افزايش دهند.
– باعث تعديل اثر بدن بر دارو شده، توزيع بافتي را تغيير دهد.
– مولكول خاصي به سلول خاصي انتقال ميابد.
يكي از مهم ترين موانع تكنيكي در كاربرد شيميايي و بيولوژيكي، عدم حلاليت نانولوله هاي كربني در محيط هاي آبي است. براي بالا بردن حلاليت نانولوله اي كربني ، به ساختار هاي آنها مي توان يك گروه كربوكسيليك يا آمونيوم اضافه كرد. به اين ترتيب براي انتقال پروتئين، اسيدنوكلئيك و داروها از آنها استفاده مي شود. نانولوله هاي كربني يك حفره كانالي دارند كه مي توان نمونه را در آن قرار داد وبراي انتقال به سلول از آن استفاده كرد [19]
1-8) كاربرد نانولوله هاي كربني در تشخيص سرطان
گزارش سازمان سلامت جهاني نشان مي دهد، در سال 2008 حدود 12.4 ميليون مورد جديد از سرطان در كل دنيا و 7.6 ميليون مرگ ناشي از اين بيماري وجود دارد. درست است كه سرطان قابل درمان است، اما ممكن است بعد از يك دوره شيمي درماني ، جراحي يا اشعه درماني، مجدأ عود كند. لذا با اين كه در مراحل اوليه بيماري، تنها راه درمان برداشت ريشه اي تومور است، اما تشخيص زود هنگام بيماري بسيار مهم و حائز اهميت است [20 ].
اكثر سرطان ها در مراحل ابتدايي علامت خاصي ندارند و در روش هاي تصوير برداري سرطان مثل روش هاي CT scan و MRI و X-Rayقدرت تفكيك لازم رابراي تشخيص زود هنگام بيماري ندارند. به علاوه روش هاي رايج تشخيص و درمان سرطان داراي محدوديت هايي مثل حساسيت كم، ويژگي پايين وسميت دارويي است. بنابراين براي تشخيص زود هنگام سرطان، ارتقاي ابزار جديد ضروري است. از نانومواد بخاطر ويژگي هاي منحصر به فردي كه در حالت توده در آنها ديده نمي شود، مانند ويژگي هاي مغناطيسي، نوري، مكانيكي، شيميايي و فيزيكي و توانايي آنها در عبور از غشا سلولي، براي تشخيص نشانگرهاي زيستي سرطان استفاده مي شو [21].
براي از بين بردن سلول هاي سرطاني و نانولوله هاي ناقل DNA ، مي توان از نانولوله هاي كربني نشاندار شده با اينديوم 111، در ژن درماني استفاده شوند. DNA به صورت متصل به سطح با درون اين نانولوله ها استفاده مي شود. همچنين مي توان با استفاده از آن براي خاموش كردن سلول سرطان استفاده كرد [19].
1-9) نانولوله هاي كربني و كاربرد آنها در تشخيص مولكول ها
مي توان از نانولوله هاي كربني، براي تشخيص مولكول ها از جمله نشانگرهاي زيستي سرطاني استفاده كرد، زيرا هدايت الكتريكي نانولوله هاي كربني به محيط و نيز تغييرات حاصل از جذب سطحي مولكول هاي مختلف حساس است [22].
1-10) 1-متيل – 1- نيتروزو اوره (MNU)

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

همانطور كه قبل مشخص شد از نانولوله هاي كربني مي توان براي انتقال دارو هاي ضدسرطاني به داخل سلول و از بين بردن اين سلول ها استفاده كرد. هرچه بيماري يا آسيب به بخشي از بدن زودتر تشخيص داده شود احتمال درمان آن بيشتر خواهد بود. با پيشرفت آزمايشگرهاي زيستي، امكان شناسايي ميكروب هاي عامل بيماري قبل از تظاهر بيماري ممكن مي شود به عنوان مثال، با توجه به پيشرفت فناوري تصويري، مي توان با دقت بسيار زيادي، محل حضور سرطان و آسيب وارده به بافت هاي بدن و اندام ها را تعيين كرد [18].
در بسياري از تحقيقات لازم است تا مولكولي خاص، به درون سلول وارد شود، تا با توجه به تغييراتي كه مولكول در سلول ايجاد مي كند، بررسي ها انجام شود. مولكول حاضر يعني 1-متيل – 1- نيتروزو اوره9 (MNU) مولكولي با فرمول شيميايي C2H5N3O2 داراي جرم مولي 103.08 گرم بر مول است. MNU داراي يك گروه متيل و يك گروه نيترو مي باشد. اين مولكول، مولكولي است سرطان زا و آزمايشاتي كه با استفاده از اين مولكول روي موش هاي آزمايشگاهي صورت گرفته نشان مي دهد كه در اين موش ها ايجاد سرطان مي كند [23]. در آزمايشات مربوط به سرطان پستان، به طور گسترده از MNU براي توليد سرطان پستان استفاده شده است. اين مولكول به درون سلول ها نفوذ كرده و با ايجاد تغييرات در آنها، سلول را دگرگون كرده و باعث بروز سرطان مي شود [23]. مي توان با وارد كردن اين مولكول، به درون سلولي خاص ايجاد سلول سرطان كرد و تحقيقات مورد نياز را انجام داد. در شكل 1-9 ساختار شيميايي مولكول 1-متيل-1-نيتروزواوره آمده است.
شکل 1-9) ساختار شيميايي 1-متيل-1-نتروزواوره.


پاسخ دهید