碳纳米管很微小。它们可能比人类头发的宽度小十万倍。但它们有巨大的潜力。

 

使用碳纳米管生产的产品包括混凝土钢筋、体育用品、风力涡轮机和锂电池等。

 

碳纳米管的潜在用途可以延伸到不同的领域，如农业、生物医学和空间科学。

 

但随着我们使用更多的碳纳米管来制造东西，我们也增加了这些碳纳米管进入不同环境和生态系统的机会。

 

“这使得理解碳纳米管在这些环境中的行为变得很重要，”美国土壤科学学会成员Yu Yang说。

 

在一项新的研究中，杨和他的同事们描述了一种测量植物组织中特定种类碳纳米管水平的方法。他们的研究最近发表在《环境质量杂志》上。

 

碳纳米管可能会进入农田和食品。在那里，它们会对人类和环境健康构成威胁。

 

“知道如何测量环境中的碳纳米管对于了解它们的环境命运和影响至关重要， ，”杨说。

 

为了模拟环境中的碳纳米管，杏耀Yang和同事们在碳纳米管存在的情况下种植了水培生菜。然后，他们分析了莴苣叶中是否含有碳纳米管。

 

杨发现，这种方法可以检测到生菜植物的叶子、茎和根中少量的碳纳米管。

 

“我们已经开发了一种方法来解决量化环境中的碳纳米材料这一具有挑战性的问题，”杨说。“这些发现可以帮助指导碳纳米管在自然环境中的可持续应用。”

 

在环境中测量碳纳米管的挑战在于它们是由碳组成的。地球上的所有生物——包括人类和植物——都以碳为主要组成部分。

 

杨和他的同事们面临的任务是区分生物材料中的碳和碳纳米管中的碳。

 

一层蜂巢状排列的碳原子被称为石墨烯。碳纳米管是一层石墨烯卷成一个微小的圆柱体。

 

由单片石墨烯制成的碳纳米管被称为单壁纳米管。将多个管分层在其他管内产生多壁碳纳米管。

 

科学家可以在碳纳米管中加入不同的分子。加入这些分子可以改变它们的特性。例如，它们可能更容易溶解在溶剂中。

 

“添加了分子的碳纳米管可以用于制造纳米复合材料、生物医学，以及化学或生物探针，”杨教授说。

 

在之前的研究中，杨的团队量化了植物中的多壁碳纳米管。但是没有人测量过这种添加了特定分子的碳纳米管是否进入了植物。

 

研究人员使用了一种叫做程序化热分析的技术。在这种方法中，材料在不同的环境中以一种可控的方式加热——例如，加氧或减氧。

 

不同的材料在不同的环境中对加热的反应可以为这些材料提供很大的线索。

 

Yang和同事们发现他们可以使用程序热分析来检测纳米管中的碳。利用这些数据，他们还可以区分碳纳米管中的碳和植物中的碳。

 

这是第一个用热分析方法测量植物中这种碳纳米管水平的研究。“这对于理解碳纳米管在环境中的命运和估计潜在的人类暴露是至关重要的，”杨说。

 

杨现在正在研究探测环境中更少量的碳纳米管。

 

“我们还想尝试测量添加了不同分子的碳纳米管，杏耀平台”杨说。他还计划将试验材料扩展到生菜之外。“我们想在不同的环境中测试这种方法。”

 

最终的目标是推进碳纳米管的应用。“能够准确测量环境中的碳纳米管，可以促进它们的可持续使用，”杨说。