Nanotube glødestifter transformerer værktøjssæt til overfladevidenskab

(PhysOrg.com) - Mange fysiske og kemiske processer, der er nødvendige for biologi og kemi, forekommer ved grænsefladen mellem vand og faste overflader. Forskere ved Los Alamos National Laboratory udgivelse i Nature Nanotechnology har nu vist, at halvledende carbon nanorør - lysemitterende cylindre af rent kulstof - har potentiale til at detektere og spore enkeltmolekyler i vand.

Ved hjælp af højhastighedsmikroskopisk billeddannelse, de fandt ud af, at nanorør både kunne registrere og spore individuelle molekylers bevægelse, når de bombarderer overfladen ved vandgrænsefladen. Traditionelle teknikker til at undersøge molekyler på overflader kan ikke bruges i vand, fordi undersøgelsen kræver lavtryksatmosfære, som man finder i rummet. Teamet håber, at deres arbejde vil føre til praktisk, nanorørbaseret, enkeltmolekyledetektorer i vandige biologiske og kemiske miljøer.

Molekylær bevægelse og fastgørelse til overflader er vigtig for at drive kemi, der spænder fra produktion af ammoniak på metal til enzymatisk oxidation af glucose. Vedhæftningen finder sted gennem sporadisk bevægelse efterfulgt af en kollision med overfladen, som molekylet klæber til. Molekyler kan derefter bevæge sig langs overfladen, hvor de kan kollidere med andre molekyler og undergå kemiske reaktioner.

I traditionelle "overfladevidenskabelige" eksperimenter afbildes disse processer i et vakuum, hvor andre molekylære arter fra luften ikke kan sløre billedet. I løsninger som vand, der har ikke været nogen måde at gøre dette direkte på. Følgelig, forskere har ledt efter et materiale, der kan bruges i vand til at detektere individuelle molekyler til overfladevidenskabelige applikationer.

Inspireret af denne udfordring et team af forskere i Los Alamos (Jared Crochet, Juan Duque, Jim Werner, og Steve Doorn) på LANL's Center for Integrated Nanotechnologies udforsket ved hjælp af lysemitterende carbon nanorør som detektorer. Med teknikker udviklet af andre, holdet brugte sæbe og vand til at stabilisere nanorørene, hvor de kunne afbildes direkte med et højhastigheds videokamera. Når de lyser med laserlys, skinner disse rør kraftigt, som lange glødestokke.

Når de glødende nanorør udsættes for forskellige kemikalier i vand, forskerne så, at visse pletter i røret kortvarigt ville blive svage, efterhånden som molekylerne bombarderede overfladen. Dette gav dem mulighed for at bestemme, hvor effektivt visse molekyler ville klæbe til overfladen. Forskerne var også i stand til at spore molekylers bevægelse, da de bevægede sig langs overfladen. Teamet undersøger nu, hvordan kemiske reaktioner forløber på nanorøroverflader for bedre at forstå kemi ved vandgrænsefladen til biologiske og kemiske anvendelser.