Het meten van koolstofnanobuisjes die door planten worden opgenomen

Koolstofnanobuisjes zijn klein. Ze kunnen honderdduizend keer kleiner zijn dan de breedte van een mensenhaar. Maar ze hebben een enorm potentieel.

Producten die zijn vervaardigd met behulp van koolstofnanobuisjes zijn onder meer wapeningsstaal voor beton, sportartikelen, windturbines en lithiumbatterijen.

Potentieel gebruik van koolstofnanobuisjes zou zich kunnen uitstrekken tot verschillende gebieden, zoals landbouw, biogeneeskunde en ruimtewetenschap.

Maar naarmate we meer koolstofnanobuisjes gebruiken om dingen te maken, vergroten we ook de kans dat deze nanobuisjes in verschillende omgevingen en ecosystemen terechtkomen.

“Dat maakt het belangrijk om te begrijpen hoe koolstofnanobuisjes zich in deze omgevingen gedragen”, zegt Yu Yang, een lid van de Soil Science Society of America.

In een nieuwe studie beschrijven Yang en zijn collega’s een manier om niveaus van een specifiek soort koolstofnanobuisjes in plantenweefsels te meten. Hun onderzoek is onlangs gepubliceerd in Journal of Environmental Quality​

Koolstofnanobuisjes kunnen hun weg vinden naar landbouwvelden en voedselproducten. Daar kunnen ze een bedreiging vormen voor de gezondheid van mens en milieu.

“Weten hoe koolstofnanobuisjes in het milieu moeten worden gemeten, is cruciaal om hun lot en effecten in het milieu te begrijpen”, zegt Yang.

Om de nanobuisjes in de omgeving na te bootsen, kweekten Yang en collega’s sla op hydrocultuur in de aanwezigheid van koolstofnanobuisjes. Vervolgens analyseerden ze de slablaadjes op sporen van koolstofnanobuisjes.

Yang ontdekte dat deze methode kleine hoeveelheden koolstofnanobuisjes in de bladeren, stengels en wortels van de slaplanten kon detecteren.

“We hebben een methode ontwikkeld om het uitdagende probleem van het kwantificeren van koolstofnanomaterialen in het milieu aan te pakken”, zegt Yang. “Deze bevindingen kunnen helpen bij de duurzame toepassing van koolstofnanobuisjes in natuurlijke omgevingen.”

De uitdaging bij het meten van koolstofnanobuisjes in het milieu is dat ze gemaakt zijn van koolstof. Alle levende wezens op aarde – inclusief mensen en planten – hebben koolstof als een belangrijke bouwsteen.

De taak waar Yang en zijn collega’s voor stonden, was om onderscheid te maken tussen koolstof in levend materiaal en koolstof in koolstofnanobuisjes.

Een enkele laag koolstofatomen gerangschikt in een honingraatpatroon wordt grafeen genoemd. Een koolstofnanobuisje is een vel grafeen dat in een kleine cilinder is gerold.

Koolstofnanobuisjes gemaakt van een enkel vel grafeen worden enkelwandige nanobuisjes genoemd. Door meerdere buizen in elkaar te leggen, ontstaan ​​meerwandige koolstofnanobuizen.

Wetenschappers kunnen verschillende moleculen toevoegen aan koolstofnanobuisjes. Door deze moleculen toe te voegen, kunnen hun eigenschappen veranderen. Ze lossen bijvoorbeeld gemakkelijker op in oplosmiddelen.

“Koolstofnanobuisjes waaraan moleculen zijn toegevoegd, kunnen worden gebruikt bij de fabricage van nanocomposieten, biomedische geneeskunde en chemische of biologische sondes”, zegt Yang.

In eerder onderzoek kwantificeerde de groep van Yang meerwandige koolstofnanobuisjes in planten. Maar niemand had gemeten of dit soort koolstofnanobuisjes waaraan een specifiek molecuul is toegevoegd, in planten terechtkomt.

De onderzoekers gebruikten een techniek genaamd geprogrammeerde thermische analyse. Bij deze benadering worden materialen op een gecontroleerde manier verwarmd in verschillende omgevingen, bijvoorbeeld plus of min zuurstof.

Hoe verschillende materialen reageren op verhitting in verschillende omgevingen, kan grote aanwijzingen geven over deze materialen.

Yang en collega’s ontdekten dat ze geprogrammeerde thermische analyse konden gebruiken om de koolstof in de nanobuisjes te detecteren. Met behulp van deze gegevens konden ze ook de koolstof in koolstofnanobuisjes onderscheiden van de koolstof in planten.

Dit is de eerste studie om de niveaus van dit soort koolstofnanobuisjes in planten te meten met behulp van thermische analyse. “Dat is cruciaal om het lot van koolstofnanobuizen in het milieu te begrijpen en de potentiële menselijke blootstelling in te schatten”, zegt Yang.

Yang werkt nu aan het detecteren van nog kleinere hoeveelheden koolstofnanobuisjes in het milieu.

“We willen ook proberen koolstofnanobuisjes te meten met verschillende moleculen eraan toegevoegd”, zegt Yang. Hij is ook van plan om testmateriaal uit te breiden tot buiten de slaplanten. “We willen deze aanpak testen in verschillende omgevingen.”

Uiteindelijk is het doel om de toepassing van koolstofnanobuisjes te bevorderen. “Het nauwkeurig kunnen meten van koolstofnanobuisjes in het milieu kan het duurzaam gebruik ervan bevorderen”, zegt Yang.