همان طور که در فصل اول اشاره شد، نانولوله‌های کربنی به دلیل دارا بودن خصوصیات منحصر به فرد، کاربرد گسترده‌ای در مطالعه انتقال الکترون پروتئین‌ها و ساخت زیست حسگرهای آنزیمی دارند. با وجود این، با توجه به تنوع زیاد نانولوله‌ها از نظر خصوصیات فیزیکو شیمیایی، انتخاب مناسب ترین نانولوله برای این منظور کاری بس دشوار است. در اغلب تحقیقات گذشته از دو نوع نانولوله تک جداره و چند جداره استفاده شده است. در پژوهش حاضر، نانولوله بمبو مانند، به عنوان یکی از انواع نانولوله‌ها با ویژگی‌های خاص، انتخاب شد و توانائی آن در تسهیل انتقال الکترون و حفظ فعالیت آنزیم در سطح الکترود اصلاح شده با انواع تک جداره و چند جداره معمول مورد مقایسه قرار گرفت. برای دست یابی به این منظور، پارامترهای مختلفی از جمله میزان عامل دار شدن نانولوله‌ها، مورفولوژی سطح الکترودهای اصلاح شده با نانولوله‌ها قبل و بعد از تثبیت آنزیم، انتقال الکترون مستقیم آنزیم، میزان برگشت پذیری واکنش اکسید و احیاء آنزیم، پارامترهای تعیین کننده سرعت انتقال الکترون آنزیم شامل ضریب انتقال بار (α) و ثابت سرعت ظاهری انتقال بار (k_s) روی سه نوع نانولوله کربنی تک جداره، چند جداره و بمبو مانند بررسی و مقایسه شد.

۳-۱٫ میزان عامل­دار شدن نانولوله‌ها

یکی از عواملی که در انتقال الکترون نانولوله‌های کربنی مؤثر می‌باشد و می‌تواند بر پارامترهای دیگر تأثیر گذار باشد، میزان عامل دار شدن نانولوله‌هاست، که طی فرایند عامل­دار شدن با روش‌های متفاوت ایجاد می‌شود. در این تحقیق، بعد از این که نانولوله‌های کربنی با اسید نیتریک ۳۵% عامل­دار شدند، برای اثبات عامل­دار شدن نانولوله‌ها از تکنیک‌های مناسب این فرایند یعنی طیف سنجی رامان و طیف سنجی فرو سرخ تبدیل فوریه استفاده شد. در ابتدا طیف رامان نانولوله‌های کربنی خام قبل از عامل­دار شدن گرفته شد، شکل ۳-۱ طیف رامان نانولوله‌های کربنی خام را نشان می‌دهد.
شکل ۳-۱٫ طیف رامان نمونه‌های خام نانولوله‌های کربنی الف) بمبو مانند ب) چند جداره و ج) تک جداره.
در شکل ۳-۱-الف طیف رامان نانولوله­های کربنی بمبو مانند نشان داده شده است. در این شکل، چهار قله مشاهده شده در نواحی cm^-1276، cm^-11331، cm^-1 ۱۵۷۵و cm^-1 ۲۶۸۰ به ترتیب نمایانگر قله‌های RBM ،D-Band ،G-Band و G´-Bandهستند. در شکل ۳-۱-ب طیف رامان نانولوله­های کربنی چند جداره نـشان داده شـده اسـت. در این شــکل نیز چهـار قله در نواحی cm^-1 ۲۷۸، cm^-1 ۱۳۲۷، cm^-1 ۱۵۷۰ و cm^-1 ۲۶۷۵ به ترتیب نمایانگر قله‌های RBM، D-Band، G-Band و G´-Bandهستند. در شکل ۳-۱-ج طیف رامان نانولوله­های کربنی تک جداره نشان داده شده است. در این شکل، پنج قله در نواحی cm^-1277، cm^-1 ۱۳۲۴، cm^-1 ۱۵۷۳، cm^-1 ۲۶۴۰ و cm^-1 ۳۱۵۹ بـه ترتیـب نمایــانگر قلـه‌های RBM ،D-Band ، G-Band، Band G´- وD´-Band هستند.
شکل ۳-۲ طیف رامان نانولوله‌های کربنی بمبو مانند، چند جداره و تک جداره را پس از تیمار اسیدی نشان می‌دهد. در شکل ۳-۲-الف طیف رامان نانولوله‌های کربنی بمبو مانند نشان داده شده است. در این شکل، سه قله مشاهده شده در نواحی cm^-1 ۲۵۵، cm^-1 ۱۳۲۳ و cm^-1 ۱۵۴۵ به ترتیب نمایانگر قله‌های RBM، D-Band، و G-Band هستند. در شکل ۳-۲-ب طیف رامان نانولوله‌های کربنی چند جداره نشان داده شده است. در این شکل، سه قله در نواحی cm^-1 ۲۷۶، cm^-1 ۱۳۲۱، cm^-1 ۱۵۵۰ به ترتیب نمایانگر قله‌های RBM، D-Band و G-Band هستند. در شکل ۳-۲ ج طیف رامان نانولوله‌های کربنی تک جداره نشان داده شده است. در این شکل چهار قله در نواحی cm^-1 ۲۵۸، cm^-1 ۱۳۲۱، cm^-1 ۱۵۵۴و ۲۶۴۱ به ترتیب مربوط به RBM ،D-Band، G-Band و G´-Band هستند.
شکل ۳-۲٫ طیف رامان مربوط به الف) نانولوله کربنی بمبو مانند ب) نانولوله کربنی چند جداره و ج) نانولوله کربنی تک جداره پس از تیمار اسیدی
پس از تیمار اسیدی با اسید نیتریک ۳۵% از نانولوله‌های کربنی طیف تبدیل فوریه گرفته شد. شکل ۳-۴ طیف تبدیل فوریه نانولوله‌های کربنی بمبو مانند، چند جداره و تک جداره را نشان می‌دهد. همان طور که مشاهده می شود، در مورد نانولوله کربنی بمبو مانند، قله مشاهده شده در نواحی cm^-1 ۱۰۷۸، cm^-1 ۱۶۲۰ و cm^-1 ۳۴۱۰ را به ترتیب می توان به ارتعاش گروه ­های C-O، C=O و O-H کربوکسـیل نسبت داد [۷۲] .قله­های مشاهده شده در نواحی cm^-1 ۱۴۰۰ و cm^-1 ۲۹۱۹ نیز مربوط به ارتعاشات C=C و C-H نانولوله­ها می باشند. در مورد نانولوله­های کربـنی چند جــداره نیز قله­هایی در نواحی cm^-1 ۱۱۴۳، cm^-1 ۱۷۰۰ و cm^-1 ۳۳۷۰ مشـاهده شد که، به ترتیـب، مربوط به ارتعـاش گروه ­های C-O، C=O و O-H کربوکـسیل می­باشند. قله­های مشاهده شده در نواحی cm^-1 ۱۵۶۳ و cm^-1 ۲۹۱۰ نیز مربوط به ارتعاشات C=C و C-H نانولوله­ها می باشند. در شکل ۳-۴ منحنی بالا که مربوط به نانولوله کربنی تک جداره می‌باشد، قله­های نواحی cm^-1 ۱۰۲۰، cm^-1 ۱۷۲۲ و cm^-1 ۳۰۱۰ نیـز به ترتیـب مربوط به ارتعاش گروه ­های C-O، C=O و O-H کربوکسـیل می باشـند. در این نانـولوله­ها نـیز ارتعاشات مربوط به گروه C=C در cm^-1 ۱۵۶۶ روی می­دهد[۷۳].
شکل ۳-۳ . مربوط به طیف فرو سرخ تبدیل فوریه نانولوله‌های کربنی به ترتیب از پایین بمبو مانند، چند جداره و تک جداره پس از تیمار اسیدی

۳-۲٫ مورفولوژی سطح الکترودهای اصلاح شده با نانولوله‌ها

به منظور بررسی مورفولوژی سطح الکترودهای اصلاح شده با نانولوله‌های کربنی عامل­دار شده از میکروسکوپ الکترونی نگاره نشر میدان استفاده شد. شکل ۳-۵ تصاویر میکروسکوپ الکترونی الکترودهای اصلاح شده با نانولوله‌های کربنی بمبو مانند، چند جداره و تک جداره را نشان می‌دهد. در شکل ۳-۵-الف، که مربوط به نانولوله کربنی بمبو مانند می‌باشد، نانولوله‌های کربنی به صورت نانولوله‌های کاملاً مشخص در هم تنیده دیده شدند.
شکل ۳-۵-ب مورفولوژی سطح الکترود اصلاح شده با نانولوله کربنی چند جداره را نشان می‌دهد. همان طور که مشاهده می‌گردد، در این نوع از الکترودهای اصلاح شده، نانولوله‌ها به صورت کروی مشاهده می‌شوند. به منظور اطمینان از اینکه نمونه چند دیواره به کار رفته نانولوله بوده است و ناخالصی­های کربن بی شکل آن نیست که به صورت کره دیده می شود، تصویر نانولوله‌های کربنی چند دیواره خام قبل از تثبیت روی سطح الکترود نیز گرفته شد (شکل ۳-۵-د). با توجه به تصاویر مشاهده شده از نانولوله‌های چند دیواره، قبل از عامل­دار شدن، می‌توان نتیجه گرفت که نمونه نانولوله ما از خلوص نسبتا بالایی برخوردار بوده، اما از آنجایی که طول اولیه نانولوله­های کربنی چند دیواره بسیار کوتاه بوده (در محدوده nm 500 تا µm 2) و در پروسه عامل­دار شدن طول نانولوله­ها نیز کوتاه می شود، می­توان نتیجه گرفت آنچه در تصویر مشاهده شد مربوط به نانولوله است و نانولوله‌ها به طور مؤثری تثبیت شده‌اند.
شکل ۳-۵-ج مربوط به نانولوله کربنی تک جداره می‌باشد. همان طور که ملاحظه می‌شود، نانولوله‌های کربنی به صورت توده در هم تنیده دیده می‌شوند. همان طور که دیده می‌شود این نانولوله‌ها تجمعات گسترده­ای را تشکیل می‌دهند.

شکل ۳-۴٫ تصاویر میکروسکوپ الکترونی نشر میدانی از الکترودهای اصلاح شده با نانولوله‌های کربنی عامل دار شده الف) بمبو مانند ب) چند جداره ج) تک جداره و (د) نانولوله­های چند دیواره خام.
شکل ۳-۶ تصاویر میکروسکوپ الکترونی نانولوله‌های کربنی بمبو مانند، چند جداره و تک جداره را پس از تثبیت مایع یونی نشان می‌دهد. همان طور که مشاهده می‌شود، مایع یونی به صورت لایه‌ای روی سطح الکترودهای اصلاح شده با نانولوله‌ها را پوشانده است. این تصویر مشابه گزارشات موجود در متون که از مایع یونی استفاده شده می­باشد. به عنوان مثال، در یک تحقیق در مورد انتقال الکترون مستقیم هموگلوبین با بهره گرفتن از نانولوله کربنی و مایع یونی، در تصاویر میکروسکوپ الکترونی مایع یونی مانند یک لایه چسب روی نانولوله‌ها را پوشاند [۷۴]. در تحقیق دیگری که از مایع یونی به منظورکاربرد در زیست حسگرهای آمپرومتری استفاده شده بود، در تصاویر میکروسکوپ الکترونی، مایع یونی به شکل یک لایه چسب مانند روی نانولوله‌ها دیده شد [۷۵].
شکل ۳-۷ تصاویر میکروسکوپ الکترونی نگاره نشر میدان از نانو کامپوزیت شامل انواع مختلف نانولوله‌های کربنی و مایع یونی را بعد از تثبیت آنزیم کولین اکسیداز نشان می‌دهد. شکل ۳-۷-الف مورفولوژی آنزیم را روی نانو کامپوزیت شامل نانولوله کربنی بمبو مانند را نشان می‌دهد. مشاهده می‌شود که آنزیم به طور نسبتاً یکنواخت و به مقدار زیاد روی آن‌ ها تثبیت شده است.
شکل ۳-۷-ب مورفولوژی آنزیم را روی نانو کامپوزیت شامل نانولوله کربنی چند جداره و مایع یونی را نشان می‌دهد. همان طور که ملاحظه می‌شود، نسبت به نانولوله‌های بمبو مانند، آنزیم به مقدار کمتر و غیر یکنواخت‌تر روی آن تثبیت شده است. در تصویر ۳-۷-ج مورفولوژی آنزیم روی نانو کامپوزیت شامل نانولوله کربنی تک جداره و مایع یونی مشاهده می‌شود.

شکل ۳-۵٫ تصاویر میکروسکوپ الکترونی نگاره نشر میدان از نانولوله‌های کربنی الف) بمبو مانند ب) چند جداره و ج) تک جداره زمانی که از مایع یونی به عنوان میکرومحیط فعالیت آنزیم استفاده شده است.