ナノラジオ

ナノラジオ（カーボンナノチューブラジオとも呼ばれる）は、カーボンナノチューブを使用して無線送信機と受信機として機能するナノテクノロジーです。最初のナノラジオの1つは、2007年にカリフォルニア大学バークレー校のアレックス・ゼトルの研究者によって構築され、音声信号の送信に成功しました。^[1]ナノラジオはサイズが小さいため、血流中の無線機能など、さまざまな用途に使用できます。^[2]

ナノラジオの最初の観測は、1991年に日本人物理学者飯島澄男氏がグラファイト電極上のカーボンナノチューブから「発光する放電」を観測したことに始まる。^[2] 2007年10月31日、カリフォルニア大学バークレー校のアレックス・ゼトル率いる研究チームが、世界初のナノラジオの一つを作成した。^[1]彼らの実験は、シリコン電極上に多層ナノチューブを置き、ワイヤと直流電池を介して対電極に接続するというものだった。電極とナノチューブは両方とも約10 ⁻⁷ Torrの真空下に置かれていた。^[3]次に、彼らは装置を高解像度透過型電子顕微鏡の中に入れ、ナノチューブの動きを記録した。彼らはナノラジオが振動し、エリック・クラプトンの「いとこのLayla」という曲を送信するのを観察した。^[4]いくつかの小さな調整を行った後、研究チームは実験室の数メートル離れたところから信号を送受信することができた。^[2]しかし、ラジオからの最初の音声受信は雑音が混じっており、ゼットルはより良い真空がなかったためだと考えていた。^[1]

ナノラジオは、幅約10ナノメートル、長さ数百ナノメートルと小さく、その構成により、いくつかの特徴的な特性があります。ナノラジオはサイズが小さいため、電子がほとんど摩擦なく通過でき、効率的な導体となります。ナノラジオにはさまざまなサイズがあり、二重壁、三重壁、多層構造があります。サイズの違い以外にも、ナノラジオは曲がった形、まっすぐな形、トロイダル形など、さまざまな形状をとることができます。すべてのナノラジオに共通するのは、比較的強度が高いことです。抵抗は、炭素原子間の結合の強さに起因します。^[2]

ラジオの基本的な部品は、アンテナ、チューナー、復調器、増幅器です。カーボンナノチューブは、追加の回路を必要とせずにこれらの部品として機能できるという点で特別です。

ナノラジオは、電磁信号がナノラジオを機械的に振動させるのに十分な大きさです。ナノラジオは、基本的に、入ってくる電磁波からの信号と同じ周波数で振動することでアンテナとして機能します。これは、一般的に固定されている従来のラジオアンテナとは対照的です。^[3]ナノチューブは、「1秒間に数千から数百万回」の高周波数で振動することができます。^[1]

ナノラジオは、ナノチューブの長さを延長または短縮することでチューナーとしても機能します。これにより、ナノチューブが振動する共振周波数が変わり、ラジオを特定の周波数にチューニングできるようになります。ナノチューブの長さは、先端を正極で引っ張ることで延長でき、先端から原子を取り除くことで短くすることができます。^[1]したがって、長さの変更は永続的であり、元に戻すことはできません。ただし、電界を変化させる方法は、ナノラジオが応答する周波数に永続的ではない影響を与えることもできます。^[2]

ナノラジオは、その微小なサイズと針のような形状の利点により、自然に増幅器として機能します。ナノラジオは電界放出を示し、小さな電圧で電子の流れが放出されます。これにより、小さな電磁波が大きな電子の流れを生み出し、信号を増幅します。^[2]

復調とは、本質的には情報信号を搬送波から分離することです。ナノラジオが搬送波と同期して振動すると、ナノラジオは情報信号のみに反応し、搬送波は無視します。そのため、ナノラジオは回路を必要とせずに復調器として機能することができます。^[2]

現在、化学療法では、血流に流し込まれるため、がん細胞だけでなく健康な細胞にも害を及ぼす化学物質が使用されています。ナノラジオは、ラジオと遠隔通信して薬剤を放出し、がん細胞を標的にすることで、健康な細胞へのダメージを防ぐために使用できます。ナノラジオは、個々の細胞に注入して特定の化学物質を放出し、特定の細胞の修復を可能にすることもできます。^[2]ナノラジオは、糖尿病患者のインスリンレベルを監視し、その情報を使用して薬剤または化学物質を放出するためにも使用できます。^[5]

ナノラジオを体内に埋め込むことは、指向性エネルギーを操作することで実現可能になりました。ナノラジオは約4.5 x 10 ⁻²⁷ Wの電磁力を放射しますが、この電力の多くは体内を通過する際に失われます。エネルギー入力量を増やすと、体内で大量の熱が発生し、安全上のリスクが生じる可能性があります。^[6]