Крошечные флуоресцентные полупроводниковые точки, называемые квантовыми точками, полезны в различных медицинских и электронных технологиях, но сделаны из токсичных, дорогих металлов. Нетоксичные и экономичные углеродные точки легко производить, но они излучают меньше света. Новое исследование, использующее сверхбыструю нанометрическую визуализацию, обнаружило хорошие и плохие излучатели среди популяций углеродных точек. Это наблюдение говорит о том, что, выбирая только супер-излучатели, углеродные наночастицы могут быть очищены, чтобы заменить токсичные металлические квантовые точки во многих приложениях, говорят исследователи.

Результаты исследования, опубликованные в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, объединили исследователей из Иллинойского университета Урбана-Шампейн и Университета Делавэра, округ Балтимор, в совместном проекте через Институт передовых наук и технологий Бекмана в Иллинойсе.

"Приступая к этому исследованию, мы не знали, являются ли все углеродные точки всего лишь посредственными излучателями или некоторые из них идеальны, а другие плохи", - сказал профессор химии Иллинойса Мартин Грюбеле, возглавлявший исследование. "Мы знали, что если бы мы могли показать, что есть хорошие и плохие, возможно, мы могли бы в конечном итоге найти способ выбрать идеальные из смеси."

Определение того, являются ли углеродные точки хорошими или плохими излучателями света, начинается с того, что их можно увидеть, сказал Грюбеле. Точки имеют диаметр менее 10 нанометров и при возбуждении решают, флуоресцировать ли им в течение пикосекунд или одной тысячной миллиардной секунды.

"Используя наш ранее разработанный одномолекулярный абсорбционный сканирующий туннельный микроскоп, мы могли изображать только возбужденные состояния без временного разрешения", - сказал Грюбеле. "Однако в этом исследовании мы теперь можем записывать квантовые точки в их возбужденном состоянии, комбинируя истинное нанометровое пространственное разрешение с фемтосекундным временным разрешением."

Команда обнаружила, что энергетическое возбуждение идет по одному из двух путей: либо излучать свет, либо вытеснять энергию в виде тепла, прежде чем получить шанс на флуоресценцию.

"Мы обнаружили, что в объемных популяциях примерно 20% данной популяции углеродных наноточек являются идеальными излучателями, в то время как около 80% имеют очень короткое состояние излучения света перед выделением тепла", - сказал Грюбеле. "Способность видеть, что существуют различные популяции, говорит нам о том, что можно очистить популяции углеродных точек, выбрав только идеальные излучатели света."

Способность выбирать идеальные точки может сделать концепцию эффективных углеродных точек реальностью, сказал Грюбеле. "Металлические квантовые точки часто используются для мониторинга здоровья живых клеток, что далеко от идеала, и наличие нетоксичного, экономичного варианта было бы значительным прогрессом."

Новая технология визуализации также позволяет исследователям наблюдать, почему некоторые точки никогда не загораются, намекая на то, что есть надежда, что исследователи когда-нибудь смогут синтезировать идеальные светоизлучающие углеродные точки.

"Теперь мы знаем, что у нас есть инструмент, который идентифицирует проблему", - сказал Грюбеле. "Используем ли мы его для очистки групп углеродных точек или для синтеза совершенных светоизлучающих углеродных точек-это теперь просто вопрос того, куда мы хотим направиться дальше."

ИСТОЧНИК