Китайские ученые обнаружили, что помидоры можно использовать в качестве дешевого источника углерода для флуоресцентных наночастиц. По результатам исследования, опубликованного в журнале Nanotechnology, полученные из помидоров «углеродные точки» не уступают по своим показателям частицам, полученным другими методами.

Благодаря своим оптическим свойствам флуоресцентные углеродные наночастицы (или углеродные точки — carbon dots) уже сейчас используются в качестве биосенсоров или флуоресцентых меток для получения изображений живых клеток и тканей. Кроме этого, их также предлагают использовать для доставки лекарств, катализа и медицинской диагностики. Основным преимуществом углеродных наночастиц перед, например, большинством квантовых точек, является их нетоксичность. При этом они обладают не меньшей устойчивостью оптических свойств. Точный механизм работы углеродных точек все еще вызывает споры среди ученых, но основной причиной появления у них люменисцентных свойств обычно называют влияние на электронную структуру химического состава поверхности.

Китайские химики под руководством Цзиньпина Вана (Jinping Wang) из Сельскохозяйственного университета Циндао предложили использовать для получения таких частиц помидоры. Согласно описанной учеными методике, помидоры нарезали кусочками и помещали в гомогенизатор для биологических тканей. Полученную однородную массу затем растворяли в воде и подвергали пиролизу в микроволновой печи. После этого из полученной смеси с помощью центрифугирования и диализа можно получить монодисперсный порошок с частицами размером около 5 нанометров.

Дальнейшая химическая обработка поверхности образовавшихся частиц позволила ученым получить три типа флуоресцентных частиц: чистые углеродные наночастицы, поверхность которых покрыта, в основном карбоксильными группами, и частицы с поверхностью, модифицированной мочевиной или этилендиамином. Мочевина и этилендиамин добавлялись для увеличения количества аминогрупп, которые за счет своих нуклеофильных свойств приводят к стабилизации химического состава частиц и повышению квантового выхода флуресценции.

Схема получения углеродных флуоресцентных наночастиц из помидоров. Liu et al./ Nanotechnology, 2017

Полученные наночастицы были исследованы с помощью традиционных методов, которые позволяют оценить состав, структуру и оптические свойства: просвечивающей электронной микроскопии, рентгенодифракционного анализа и спектроскопии в видимой и ультра-фиолетовой частях спектра. Оказалось, что полученные углеродные точки действительно являются флуоресцентными и могут быть в дальнейшем использованы в качестве, например, светящихся меток или биосенсоров. При этом химическая модификация их поверхности позволила сильно уменьшить ширину пика излучения и повысить квантовый выход. Наиболее эффективным для повышения качества наночастиц оказалось использование мочевины.

Синтезированные углеродные точки успешно прошли проверку на практике: с помощью них ученым сначала удалось получить изображений клеток патогенных грибов, а затем обнаружить в жидкой среде ванилин и определить его концентрацию. По словам авторов исследования, основное преимущество использования помидоров — их доступность и невысокая цена. При этом почему среди всех доступных овощей были выбраны именно помидоры, ученые не уточняют.

Помидоры — далеко не единственный природный источник углерода, который потом можно использовать для технологических приложений. Например, недавно, физики предложили получать пористый материал для ионисторов из опавших листьев.

Автор:Александр Дубов