16:53 2023-05-31
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Examinând un nanocristal care strălucește și se stinge la infinit
_ Examinând un nanocristal care strălucește și se stinge la infinit
În 2021, nanoparticulele dopate cu lantanide au făcut valuri – sau mai degrabă, o avalanșă – când Changwan Lee, apoi doctorand. student în laboratorul lui Jim Schuck de la Columbia Engineering, a declanșat o reacție în lanț extrem de producătoare de lumină din cristale ultramici dezvoltate la Molecular Foundry din Berkeley Lab. Aceleași cristale s-au întors din nou cu o clipire care poate fi acum controlată în mod deliberat și la infinit.
„Am găsit prima nanoparticulă complet fotostabilă, complet fotocommutabilă – un Sfânt Graal al proiectarea nanosondei”, a spus Schuck, profesor asociat de inginerie mecanică.
Acest material unic a fost sintetizat în laboratoarele lui Emory Chan și Bruce Cohen de la Molecular Foundry, Lawrence Berkeley National Laboratory, precum și într-un laborator național în Coreea de Sud. Echipa de cercetare a inclus, de asemenea, laboratorul lui Yung Doug Suh de la Institutul Național de Știință și Tehnologie din Ulsan (UNIST).
Coloranții organici existenți și proteinele fluorescente utilizate în aplicații precum memoria optică, nanomodele și bioimaginile au dat ani de descoperiri. (și a câștigat un Premiu Nobel pentru Chimie în 2014), dar aceste molecule au durate de viață limitate. La iluminare, majoritatea vor începe să clipească aleatoriu și, în cele din urmă, se vor întuneca definitiv, sau „fotoalbitor”.
În schimb, nanoparticulele dopate cu lantanide prezintă o fotostabilitate remarcabilă. În cei peste 15 ani în care a lucrat cu ei în laboratorul său, Schuck a remarcat că nu au văzut niciodată vreun om să moară. Până într-o zi întâmplătoare din 2018, când Lee și Ph.D. studenta Emma Xu a observat că un cristal s-a întunecat, apoi a pornit din nou. Lee a săpat în literatură și a găsit mențiuni vechi de 30 de ani despre fibre optice lantanide care ar putea fi „fotoîntunecate” și „fotoluminate” – sugerând că comportamentul de clipire ar putea fi controlat.
Într-o nouă lucrare publicată astăzi în Natura, echipa face exact asta. Folosind lumină în infraroșu apropiat, ei și-au întunecat și și-au luminat nanoparticulele de peste o mie de ori în diferite medii ambientale și apoase, fără semne de degradare.
„Putem dezactiva aceste particule, care altfel nu foto-albirea, cu o lungime de undă a luminii și înapoi cu alta, pur și simplu folosind lasere obișnuite”, a spus Lee. În special, lumina în infraroșu apropiat poate pătrunde profund atât în materiale anorganice, cât și în țesutul biologic, cu o dispersie minimă sau fototoxicitate.
În ceea ce privește potențialele aplicații, echipa a demonstrat cum particulele pot fi folosite pentru a scrie și rescrie modele. pe substraturi 3D, care ar putea într-o zi să îmbunătățească stocarea de date optice de înaltă densitate și memoria computerului.
„Acest nanocristal de comutare foto nedefinită, bidirecțională, ar putea produce un dispozitiv de memorie cuantică integral pentru stocarea cantității mari de date produse. de computere cuantice — gândiți-vă la CD-ROM-uri și CD-RW-uri, dar mai rapide și mult mai precise”, a spus Suh.
Particulele oferă, de asemenea, o putere de rezoluție potențial infinită, care depinde de numărul de fotoni produși de către o sondă sub un nanoscop de super-rezoluție. Folosind echipamente din laboratorul lui Suh, Lee a atins o precizie sub-Àngstrom în doar câteva ore.
Echipa consideră că fotocomutarea observată în lucrarea actuală rezultă în cele din urmă din defecte ale cristalelor atomice prea mici pentru a fi vizualizate chiar și cu cele mai multe microscoape electronice avansate. Aceste defecte modifică pragul de avalanșă al particulei în sus sau în jos și pot fi comutate cu diferite lungimi de undă de lumină pentru a face semnalul mai slab sau mai luminos.
Pe lângă urmărirea potențialelor aplicații în memoria optică, microscopia cu super-rezoluție și bioimaging și biosensing, echipa folosește roboți de sinteză de nanoparticule la Molecular Foundry, modele de calcul avansate și învățare automată pentru a îmbunătăți în continuare cristalele actuale și pentru a explora dacă pot sintetiza alte tipuri de nanoparticule cu proprietăți fotocomutabile similare.
Întregul studiu a fost o surpriză, a spus Cohen. „Spuneam încă din lucrarea noastră din 2009 că această clasă de nanoparticule nu se pornește și nu se oprește și, totuși, asta este exact ceea ce studiem aici. Unul dintre lucrurile pe care le-am găsit cu aceste nanoparticule este să acceptăm rezultate ciudate. „
Comentarii:
Adauga Comentariu