Let berøring gør nanorør lysere (med video)

(PhysOrg.com) - Rice University-forskere har opdaget en enkel måde at få kulstofnanorør til at skinne klarere.

Rice lab af forskeren Bruce Weisman, en pioner inden for nanorørspektroskopi, fandt ud af, at tilsætning af små mængder ozon til partier af enkeltvæggede kulstofnanorør og udsættelse af dem for lys dekorerer alle nanorørene med oxygenatomer og ændrer systematisk deres nær-infrarøde fluorescens.

Kemiske reaktioner på nanorørs overflader dræber generelt deres begrænsede naturlige fluorescens, sagde Weisman. Men den nye proces øger faktisk intensiteten og forskyder bølgelængden.

Han forventer gennembruddet, rapporteret online i bladet Videnskab , at udvide mulighederne for biologiske og materielle anvendelser af nanorør, fra evnen til at spore dem i enkeltceller til nye lasere.

Bedst af alt, processen med at lave disse lyse nanorør er utrolig nem -- "simpel nok for en fysisk kemiker at gøre, " sagde Weisman, en fysisk kemiker selv.

Han og hovedforfatteren Saunab Ghosh, en kandidatstuderende i sit laboratorium, opdagede, at en let berøring var nøglen. "Vi er ikke de første til at studere virkningerne af ozon, der reagerer med nanorør, " sagde Weisman. "Det er blevet gjort i en række år.

"Men alle tidligere forskere brugte hård hånd, med meget ozoneksponering. Når du gør det, du ødelægger nanorørets gunstige optiske egenskaber. Det slukker dybest set fluorescensen. I vores arbejde tilføjer vi kun omkring et iltatom for 2, 000-3, 000 kulstofatomer, en meget lille brøkdel."

Ghosh og Weisman startede med en suspension af nanorør i vand og tilsatte små mængder gasformig eller opløst ozon. Derefter udsatte de prøven for lys. Selv lys fra en almindelig bordlampe ville gøre, rapporterede de.

De fleste sektioner af de dopede nanorør forbliver uberørte og absorberer normalt infrarødt lys, danner excitoner, kvasipartikler, der har tendens til at hoppe frem og tilbage langs røret - indtil de støder på ilt.

"En exciton kan udforske titusindvis af kulstofatomer i løbet af sin levetid, " sagde Weisman. "Ideen er, at den kan hoppe rundt nok til at finde et af disse dopingsteder, og når det sker, det plejer at blive der, fordi det er energimæssigt stabilt. Det bliver fanget og udsender lys med en længere (rødforskudt) bølgelængde.

"I bund og grund, det meste af nanorøret bliver til en antenne, der absorberer lysenergi og leder det til dopingstedet. Vi kan lave nanorør, hvor 80 til 90 procent af emissionen kommer fra dopede steder, " han sagde.

Laboratorietests viste, at de dopede nanorørs fluorescerende egenskaber var stabile i flere måneder.

Weisman sagde, at behandlede nanorør kunne detekteres uden at bruge synligt lys. "Hvorfor betyder det noget? Ved biologisk påvisning, hver gang du exciterer ved synlige bølgelængder, der er en lille smule baggrundsemission fra cellerne og fra vævene. Ved i stedet at spændende i det infrarøde, vi slipper af med det problem, " han sagde.

Forskerne testede deres evne til at se dopede nanorør i et biologisk miljø ved at tilføje dem til kulturer af humane uterine adenokarcinomceller. Senere, billeder af cellerne exciterede i det nær-infrarøde viste enkelte nanorør, der skinnede klart, hvorimod den samme prøve exciteret med synligt lys viste en baggrundsduge, der gjorde rørene meget sværere at få øje på.

Hans laboratorium forfiner processen med doping af nanorør, og Weisman er ikke i tvivl om deres forskningspotentiale. "Der er mange interessante videnskabelige veje at forfølge, " sagde han. "Og hvis du vil se et enkelt rør inde i en celle, dette er den bedste måde at gøre det på. De doterede rør kan også bruges til biodistributionsundersøgelser.

"Det fine er, dette er ikke en dyr eller kompliceret proces, " sagde Weisman. "Nogle reaktioner kræver dages arbejde i laboratoriet og transformerer kun en lille brøkdel af dit udgangsmateriale. Men med denne proces, du kan konvertere en hel nanorørprøve meget hurtigt."