کاربید تانتالیم (MXene) دو-بعدی و ترانوستیک (تشخیص و درمان همزمان)
Theranostic 2D Tantalum Carbide (MXene)
نانومواد 2-بعدی دارای ساختار بسیار نازک و خواص فیزیکی-شیمیایی بسیار جذابی هستند که موجب شده در دهه اخیر، توجه محققین را جلب کنند. این توجه، با کشف خواص الکترونی ویژه در گرافن، افزایش یافت. در نتیجه، روند به این صورت بوده است که سایر نانومواد 2-بعدی بسیار نازک نیز که ساختار لایهای مشابه دارند، مورد بررسی قرار گیرند. این نانوساختارهای 2-بعدی، اغلب در چندین کاربرد مختلف میتوانند به کار روند و چندکاره محسوب میشوند که از جمله میتوان به دی کالکوژنیدهای فلزات انتقالی، نیترید بور هگزاگونال، اکسیدهای فلزی لایهای، کربن نیترید گرافیتی، هیدروکسیدهای دوگانۀ لایه ای، و فسفر سیاه، اشاره کرد. در چند سال قبل، ساختارهای مکسین-MXene، خانواده جدیدی از مواد 2-بعدی با کابردهای چندگانه، که شامل گروه گستردهای از کاربیدها، نیتریدها، و کربونیتریدها با خواص جذاب میشود که توسط پروفسور گوگوتسی و دکتر بابک عناصری در دانشگاه درکسل توسعه یافتهاند. ساختارهای مکسین از طریق اچ کردن گزینشی لایه-A از کاربیدهای سه تایی فازهای مکس (MAX)سنتز میشوند که دارای فرمول کلی Mn+1XnTx هستند که در این رابطه، M کاربید فلزات انتقالی (Ti، Ta، Mo، Nb، V و Zr) است، A از عناصر گروه A است (عمدتا گروه های 13 و 14)، و X کربن یا نیتروژن را نشان میدهد و n بین 1 تا 3 می باشد، T نیز گروههای عاملی سطحی را نشان میدهد. ساختارهای مکسین خواص رسانایی فلزی و آبدوستی دارند و خواص مکانیکی خوبی نیز از خود نشان میدهند. با توجه به این خواص ویژه، مکسینها در کابردهای مختلفی شامل الکترودهای باطریهای لیتیوم-یونی/لیتیوم-مسی، ابررساناهای آبی، غشاهای تبادلی پروتون برای سلولهای سوختی، تصفیه آب، و مواد محافظ تداخل امواج الکترومغناطیسی، به کار میروند. از نظر کاربردهای زیست-پزشکی، با وجود چندین گزارش در مورد کاربردهای زیست پزشکی مکسین Ti3C2 یا بایوسنسورها و خواص ضدمیکروبی، بررسیهای گسترده در سطح سلولی و حیوانی بوده است که شامل سمیت سلولی، جذب سلولی، سمیت درون بدنی شد، و سایر کاربردهای پزشکی مانند ترانوستیک سرطان بایستی مورد بررسی قرار گیرند.
درمان فتوترمال که از طریق عوامل نانوساختار با خواص تبدیل فتوترمال انجام میشود، بسیار مهم است چون حداقل عوارض را دارند. درمان فتوترمال از عواملی برای تبدیل انرژی نور نزدیک به اینفرارد به حرارت استفاده میکند و موجب میشود ک بافتهای تومور سرطان، تخریب شوند. تا کنون مواد مختلفی شامل نانومیلههای طلا، نانومواد پایه کربنی و نانوذرات سولفید مس به این منظور به کار رفتهاند. اخیراً، نانومواد 2-بعدی مانند گرافن یا ساختارهای مشابه با آن مانند MoS2، WS2، نانوصفحات پالادیم، فسفر سیاه، و مکسین نیز به عنوان عوامل فتوترمال جدید برای درمان سرطان به کار رفتهاند.
در مقالهای که در مجله Advanced Materials منتشر شده است، دسته جدیدی از نانوسیستمهای ترانوستیک (که برای تشخیص و درمان به صورت همزمان به کار میروند) را برای دو کاربرد همزمان صوت-نوری (فتوآکوستیک)/ تصویربرداری توموگرافی (PA/CT) و تخریب موثر گرمانوری تومور در موش، سنتز کردهاند. این نانوساختارهای 2-بعدی مکسین Ta4C3 با ابعاد نانومقیاس از طریق تورق (exfoliation) بر روی فاز MAX از جنس Ta4AlC3 سنتز شدند. این فرایند از طریق اچ کردن با اسید HF و سونیک کردن انجام شده است. با توجه به خواص ساختاری، الکترونی و سطحی ، نانوساختارهای زیست سازگار اصلاح شدۀ Ta4C3 عملکرد فوقالعادهای در تخریب فتوترمال تومور از خود نشان دادند و بازدهی 44.7% را فراهم کردند. این کار فوقالعاده الگویی ارائه میکند تا بتوان از ساختارهای مکسین در کاربردهای زیست پزشکی خاص استفاده کرد، با در نظر داشتن این نکته که با توجه به کاربردهای مختلف، میتوان خواص و ساختارهای آنها را به خوبی بهینه و تیون (مهندسی) کرد.
افرادی که در زمینه سرامیکها و نانوساختارهای سرامیکی فعالیت دارند، میتوانند از طریق فرایندهای مختلف به این زمینه نوظهور بپردازند. این زمینه، بسیار جدید است و قطعا فضای بسیار زیادی برای محققین فراهم کرده است و میتوان با تغییر پارامترهای فرایند سنتز و فلزات انتقالی، به خواص چشمگیری در زمینه انرژی، محیط زیست، زیست-پزشکی، کاتالیست و غیره، دست یافت.
گروه علمی و پژوهشی مهندسی و علم مواد (مترس – MatRes)