Ingeniører:Svag laser kan antænde nanopartikler, med spændende muligheder

University of Florida ingeniørforskere har fundet ud af, at de kan antænde visse nanopartikler ved hjælp af en laveffektlaser, en udvikling, de siger, åbner døren til en bølge af nye teknologier i sundhedsvæsenet, computer- og bildesign.

Et papir om forskningen vises i denne uges forhåndsonlineudgave af Natur nanoteknologi .

Vijay Krishna, Nathanael Stevens, Ben Koopman og Brij Moudgil siger, at de brugte lasere, der ikke var meget mere intense end dem, der findes i laserpointere til at lyse op, opvarme eller antænde fremstillede kulstofmolekyler, kendt som fullerener, hvis fodbold-lignende former var blevet fordrejet på visse måder. De sagde, at opdagelsen antyder en række vigtige nye anvendelser for disse såkaldte "funktionaliserede fullerener"-molekyler, der allerede er udviklet til en bred vifte af industrier og kommercielle og medicinske produkter.

"Det skønne ved dette er, at det kun kræver en laser med meget lav intensitet, sagde Moudgil, professor i materialevidenskab og teknik og direktør for ingeniørhøjskolens partikelingeniørforskningscenter, hvor undersøgelsen blev udført.

Forskerne brugte lasere med effekt i området 500 milliwatt. Selvom det er svagt efter laserstandarder, forskerne mener, at laserne har nok energi til at igangsætte udrulningen eller optrævlingen af ​​de modificerede eller funktionaliserede fullerener. Den proces, de tror, frigiver hurtigt den lagrede energi, når molekylerne formes til deres usædvanlige former, forårsager lys, varme eller brænde under forskellige forhold.

Det Natur nanoteknologi papir siger, at forskerne testede teknikken i tre mulige anvendelser.

Først og fremmest, de infunderede kræftceller i et laboratorium med en række funktionaliserede fullerener, der vides at være biologisk sikre, kaldet polyhydroxyfullerener. De brugte derefter laseren til at opvarme fullerenerne, ødelægger kræftcellerne indefra.

"Det forårsagede stress i cellerne, og så efter 10 sekunder ser vi bare cellerne poppe, " sagde Krishna, en postdoc associeret i Particle Engineering Research Center.

Han sagde, at resultatet tyder på, at læger kunne dosere patienter med polyhdroxy fullerener, identificere placeringen af ​​kræftsygdomme, derefter behandle dem ved hjælp af laveffekt lasere, efterlader andet væv uskadt. En anden anvendelse ville være at afbilde placeringen af ​​tumorer eller andre områder af interesse i kroppen ved at bruge fullerenernes evne til at lyse op.

Papiret rapporterer også, at forskerne brugte fullerener til at antænde en lille sprængladning. Den svage laser indeholdt langt mindre energi end standard elektriske sprængstofinitiatorer, sagde forskerne, alligevel antændte en type funktionaliserede fullerener kaldet carboxyfullerener. Denne begivenhed antændte til gengæld forholdsvis kraftige sprængstoffer, der blev brugt i traditionelle sprænghætter.

Minedrift, tunnel- eller nedrivningsmandskab kører i øjeblikket elektriske ledninger til sprængstoffer, en tidskrævende og dyr proces for fjerne sprængstoffer. Eksperimentet antyder, at besætninger kunne bruge sprænghætter bevæbnet med fullerener og blot pege en laser for at sætte dem i gang.

"Traditionelle sprængende hætter kræver meget energi at antænde - de bruger en varm wolframfilament, " sagde Nathanael Stevens, en postdoc associeret i Particle Engineering Research Center. "Så, det er interessant, at vi kan gøre det med kun en lavenergilaser."

Forskerne coated papir med polyhyroxy fullerener, brugte derefter en laser med ultrahøj opløsning til at skrive en miniatureversion af bogstaverne "UF". Demonstrationen antyder, at teknikken kan bruges til mange applikationer, der kræver ekstremt minut, præcis, litografi. Moudgil sagde, at forskerne havde udviklet en lovende applikation, der involverede at skabe de indviklede mønstre på computerchips.

Selvom det ikke er diskuteret i avisen, andre potentielle anvendelser omfatter infusion af fullerenerne i benzin, derefter antænde dem med lasere i stedet for traditionelle tændrør i bilmotorer, sagde Moudgil. Fordi processen sandsynligvis vil forbrænde mere af den benzin, der kommer ind i cylindrene, det kunne gøre biler mere effektive og mindre forurenende.

Forskerne har identificeret mere end et dusin potentielle ansøgninger og ansøgt om adskillige patenter. Denne uges Nature Nanotechnology-opgave er den første videnskabelige publikation om opdagelsen og den nye teknik.