Kigger ind i nanofluidiske mysterier én foton ad gangen

Denne nyfundne forståelse af molekylære egenskaber har spændende anvendelser, herunder potentialet til direkte at afbilde nye nanofluidiske systemer, hvor væsker udviser ukonventionel adfærd under tryk- eller spændingsstimuli. Forskningens kerne ligger i fluorescensen, der stammer fra enkelt-foton-emittere på den hexagonale bornitrids overflade.

"Denne fluorescensaktivering kom uventet, da hverken hBN eller væsken udviser fluorescens i synligt område alene. Det skyldes højst sandsynligt, at molekyler interagerer med overfladedefekter på krystallen, men vi er stadig ikke sikre på den nøjagtige mekanisme," siger doktorgrad. studerende Nathan Ronceray, fra LBEN.

Overfladedefekter kan være manglende atomer i den krystallinske struktur, hvis egenskaber adskiller sig fra det oprindelige materiale, hvilket giver dem evnen til at udsende lys, når de interagerer med bestemte molekyler. Forskerne observerede endvidere, at når en defekt slukker, lyser en af ​​dens naboer, fordi molekylet bundet til det første sted hoppede til det andet. Trin for trin gør dette det muligt at rekonstruere hele molekylære baner.

Ved hjælp af en kombination af mikroskopiteknikker overvågede holdet farveændringer og demonstrerede, at disse lysemittere frigiver fotoner en ad gangen, hvilket giver præcis information om deres umiddelbare omgivelser inden for omkring en nanometer. Dette gennembrud muliggør brugen af ​​disse emittere som nanoskalasonder, der kaster lys over arrangementet af molekyler inden for afgrænsede nanometerrum.

Professor Radha Boyas gruppe ved Institut for Fysik i Manchester fremstillede nanokanalerne af todimensionelle materialer, der indespærrede væsker på blot nanometer fra hBN-overfladen. Dette partnerskab gav mulighed for optisk sondering af disse systemer, og afslørede antydninger af væskebestilling induceret af indespærring. "At se er at tro, men det er ikke let at se indeslutningseffekter i denne skala. Vi laver disse ekstremt tynde spaltelignende kanaler, og den nuværende undersøgelse viser en elegant måde at visualisere dem ved superopløsningsmikroskopi," siger Radha Boya.

Potentialet for denne opdagelse er vidtrækkende. Nathan Ronceray forestiller sig applikationer ud over passiv sansning. "Vi har primært set opførslen af ​​molekyler med hBN uden aktivt at interagere med, men vi tror, ​​det kunne bruges til at visualisere nanoskalastrømme forårsaget af tryk eller elektriske felter."

Dette kan føre til mere dynamiske applikationer i fremtiden til optisk billeddannelse og sensing, hvilket giver hidtil uset indsigt i molekylers indviklede adfærd i disse begrænsede rum.

Flere oplysninger: Væskeaktiveret kvantemission fra uberørt hexagonalt bornitrid til nanofluidisk sensing, naturmaterialer (2023). DOI:10.1038/s41563-023-01658-2

Journaloplysninger: Naturmaterialer

Leveret af Ecole Polytechnique Federale de Lausanne