Углеродные точки — новый член семейства ярко люминесцирующих наночастиц

Химики из Университета Клемсона создали новый тип квантовых точек, впервые сделанных из углерода. Как и их аналоги на основе металлов, эти наноразмерные «углеродные точки» ярко светятся при воздействии света и обещают широкий спектр применений, включая улучшенные биосенсоры и устройства для медицинской визуализации. Углеродные квантовые точки могут быть менее токсичными и менее дорогими, чем металлические. Работа опубликована в Journal of the American Chemical Society.

«Углерод едва ли считается полупроводником, поэтому люминесцирующие углеродные наночастицы очень интересны как с фундаментальной, так и с практической точки зрения», — говорит руководитель исследования Я-Пин Сунь, доктор философии. — «Это представляет новую платформу для разработки люминесцирующих наноматериалов для широкого спектра применений».

Квантовые точки вызывают большой интерес в последние годы, особенно для потенциальных применений в биологии и медицине. Эти крошечные частицы создавались из соединений, содержащих свинец, кадмий и, совсем недавно, кремний. Но эти материалы вызывают опасения из-за потенциальной токсичности и вреда для окружающей среды, хотя исследователи разработали различные подходы для инкапсуляции этих полупроводниковых наночастиц в полимеры, чтобы сделать их инертными. Тем не менее, ученые продолжают искать более безопасные соединения для создания квантовых точек.

Исследователям уже некоторое время известно, что углеродные наночастицы, отчасти из-за своей огромной площади поверхности, обладают необычными химическими и физическими свойствами, совершенно отличными от их объемной формы. Используя наночастицы, полученные из графита, ученые из Клемсона продемонстрировали, что когда эти углеродные наночастицы покрыты специальными полимерами, они ярко светятся при воздействии света. Точки светятся непрерывно, пока присутствует источник света.

Ученые полагают, что эта фотолюминесценция может быть обусловлена наличием «карманов» или дырок на поверхности углеродных точек, которые улавливают энергию. Полимерное покрытие действует как «молекулярный пластырь», позволяя свету излучаться изнутри полимерной оболочки. Ученые считают, что металлические квантовые точки излучают свет по другому механизму.

Полимерное покрытие также позволило исследователям присоединить антитела и другие маркирующие материалы к углеродной точке, открыв путь к созданию сенсоров, которые загораются в присутствии опухолей или даже предраковых клеток. В лабораторных исследованиях ученые успешно пометили споры, подобные сибирской язве, люминесцирующими углеродными точками, в результате чего светящиеся споры легко наблюдались под микроскопом.

Эта работа подробно описана в статье под названием «Квантовые углеродные точки для яркой и красочной фотолюминесценции». Статья была опубликована онлайн до выхода печатного издания. Аннотация доступна на сайте журнала.