Свет заставляет светиться нанотрубки

Ученые из американского университета Райса установили, что небольшие примеси озона в структуре углеродных нанотрубок открывают новые возможности в применении люминесценции.

Исследователи из университета Райса обнаружили новую простую возможность сделать углеродные нанотрубки более яркими.

Лаборатория университета Райса под руководством Брюса Вейсмана, пионера в спектроскопии нанотрубок, обнаружила, что добавление крошечных порций озона к партиям однослойных углеродных нанотрубок и последующее их облучение светом, “украшает” все нанотрубки атомами кислорода и систематически изменяет их флюоресценцию в ближнем инфракрасном диапазоне.

“Химические реакции на поверхностях нанотрубок убивают их и так ограниченную естественную флюоресценцию”, – сказал Вейсман. – “Но новый процесс наоборот увеличивает интенсивность флюоресценции и изменяет длину волны излучения”.

Как заявил Вейсман в интервью журналу Science, он ожидает что это открытие станет крупным достижением, которое позволит расширить возможности использования нанотрубок в биологии и материаловедении, в частности, дает возможность, отследить их в отдельных клетках организма и создать новые лазеры.

41016.jpg Рис. 1. Однослойные углеродные нанотрубки с интегрированными в них атомами кислорода, которые изменяют и усиливают флуоресцентную эмиссию в ближнем инфракрасном диапазоне. Открытие, сделанное учеными Университета Райса должно привести к новым сферам применения нанотрубок в материаловедении и биомедицине (фото: Bruce Weisman/Rice University).

Самое замечательное в том, что процесс создания этих ярких нанотрубок невероятно легок:

«этот процесс достаточно прост для специалиста физической химии, чтобы его сделать», – сказал Вейсман будучи таким специалистом.

Он и первый автор Сонаб Гош, аспирант его лаборатории, обнаружили, что воздействие света является ключевым в этом процессе.

«Мы – не первые люди, кто изучает эффекты взаимодействия озона с нанотрубками,» – сказал Вейсман. "Подобные исследования ведутся уже в течение нескольких лет”.

«Все предшествующие исследователи использовали “тяжелую руку” (более интенсивное воздействие на нанотрубки), с большим количеством используемого озона. Когда Вы делаете это, Вы уничтожаете благоприятные оптические свойства нанотрубок. Это является основной причиной выключения флюоресценции. В нашей работе мы только добавляем приблизительно один атом кислорода на 2 000–3 000 углеродистых атомов, очень крошечную фракцию».

Гош и Вейсман начали работу с водной суспензии нанотрубок и добавления маленьких порций газообразного или растворенного озона. Затем они подвергали образец облучению. Как утверждают авторы, для этих целей сгодилась самая обычная настольная лампа.

Большинство наборов растворенных нанотрубок остается первоначальными и поглощают инфракрасный свет как обычно, формируя экситоны, квазичастицы, которые имеют тенденцию прыгать назад и вперед по трубке – пока они не сталкиваются с кислородом.

«Экситон может посетить десятки тысяч атомов углерода в течение своей жизни,» сказал Вейсман. "Идея – в том, что эта частица может “прыгать” вокруг достаточно до тех пор, пока не найдет одну из областей, где находятся примеси, и когда он находит, то имеет тенденцию оставаться там, потому что это энергетически выгодно. Таким образом он попадает в ловушку и испускает свет на большей (смещенной в красную область) длине волны.

«По существу, большинство нанотрубок превращается в одну антенну, которая поглощает световую энергию и направляет ее к области расположения примеси. Мы можем создавать нанотрубки, в которых 80–90 процентов излучения эмиссии приходит от областей с примесями» он сказал.

Лабораторные эксперименты показали, что флуоресцентные свойства нанотрубок в растворе были устойчивыми в течение многих месяцев.

Вейсман сказал, что рассматриваемые нанотрубки могут быть обнаружены без использования видимого света.

«Какое это имеет значение? В биологических исследованиях, сколько бы времени вы не тратили на возбуждение клеток видимым светом, это всегда отзовется лишь малой второстепенной эмиссией клеток тканей. Возбуждая клетки вместо этого инфракрасным излучением, мы избавляемся от вторичного эффекта,» – он сказал.

Исследователи проверили способность обнаружения расстворенных нанотрубок в биологической окружающей среде, добавляя их к образцам человеческих клеток – аденокарциномам. На изображениях клеток, возбужденных в ближнем инфракрасном диапазоне отчетливо видны лишь нанотрубки, тогда как тот же самый образец, возбужденный видимым светом показал на второстепенный туман, который сделал трубки намного более трудными для детектирования.

Лаборатория Вейсмана занимается усовершенствованием данного процесса с нанотрубками в растворе, и он не сомневается в большом потенциале их исследования.

"Есть много интересных научных направлений, чтобы ими заниматься, " сказал он. "И если Вы хотите видеть отдельную нанотрубу в клетке, то наш метод есть лучший способ сделать это. Такие нанотрубки могут также использоваться для изучения биораспределений.

«Данный метод хорош потому, что определяется недорогим и несложным процессом, " сказал Вейсман. "Некоторые реакции требуют дней работы в лаборатории и преобразовывают только маленькую долю вашего исходного материала. Но с этим процессом, Вы можете преобразовать полный образец из нанотрубок очень быстро».

Результаты исследований опубликованы в статье:

Saunab Ghosh, Sergei M. Bachilo, Rebecca A. Simonette, Kathleen M. Beckingham and R. Bruce Weisman Oxygen Doping Modifies Near-Infrared Band Gaps in Fluorescent Single-Walled Carbon Nanotubes.- Science. – DOI: 10.1126/science.1196382, Published Online 25 November 2010.

Статья переведена и отредактирована Филипповым Ю.П..

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 4.7 (6 votes)
Источник(и):

1. nanotech-now.com