Fém szilárdságú szerves nanogyöngyök

A szerves nanostruktúrák kulcselemei a nanotechnológiának, mivel alakítható kémiai tulajdonságokkal rendelkeznek. Eddig lényegesen gyengébb mechanikus tulajdonságaik miatt hátrányt szenvedtek a fémes nanoszerkezetű anyagokkal szemben, azonban izraeli kutatók most olyan szerves nanogömböket fejlesztettek, melyek legalább annyira szilárdak, mint a fém.

Ahogy Ehud Gazit (Tel Avivi Egyetem) és Itay Rousso (Weizmann Intézet) professzorok és kutatócsoportjuk az „Angewandte Chemie” nemzetközi szakfolyóiratban megjelent publikációja leírja, ezek a különös építőelemek a nagyszilárdságú biokompozit anyagok létrehozásának alapját jelentik. A nanoméretű biológiai struktúrák gyakran olyan egyedülálló mechanikai tulajdonságokat produkálnak, mint a pókselyemé, így a súlyukhoz képest akár 25-ször nagyobb szilárdsággal rendelkezhetnek az acélnál.

Napjaink legszilárdabb szerves műanyaga az aramid (kevlár). Sikerének titka aromás gyűrűrendszerének speciális térbeli elrendezésében és a sík amidkötései közötti kölcsönhatáson alapuló hálós szerkezetében rejlik. Hasonló felépítéssel használható ki az új nanogömbökben rejlő potenciál is. Az aramid hosszú polimerláncaitól eltérően ezek a struktúrák egy önrendező folyamat során kisebb méretű, a fenil-alanin aminosav aromás dipeptidjein alapuló, nagyon egyszerű molekulákból jönnek létre.

A kutatók atomerő-mikroszkóppal vizsgálták a nanogömbök mechanikai tulajdonságait. (Az eszköz egy hajlékony emelőkaron nyugvó, ultra-érzékeny nanoméretű pásztázó tű segítségével működik. A tű próbatestre nyomásával az emelőkar elmozdulásából megállapítható, behatol-e a tű a felületbe, és ha igen, milyen mélységig képes erre – ebből pedig értékelni lehet az adott felület számos tulajdonságát.) A tesztek során a fém pásztázó tű egyáltalán nem volt képes áthatolni a gyöngyök felületén, arra csak a gyémánt tű bizonyult alkalmasnak.

A mérések alapján a gyöngyök rugalmassági modulusát is számították és figyelemreméltóan magas, az acéléhoz hasonló, 275 GPa-os értéket kaptak. Vagyis ezek a nanostruktúrák az eddigi legszilárdabb szerves anyagok, így hamarosan akár az aramidot is sarokba szoríthatják.

A tudósok szerint a nanogyöngyök ideális alapanyagként jelenhetnek meg olyan nagyszilárdságú biokompozitok megerősítésénél, mint például az implantátumok, illetve a fogorvosok által használt anyagok. Szilárdságuk, kis súlyuk, költséghatékony előállításuk és nem utolsó sorban rendkívüli stabilitásuk miatt elterjedésük a közeljövőben természetszerűleg rendkívül széles körben várható.

Forrás: www.scinexx.de

Varga Balázs