I nanotubi di carbonio a parete singola trattati con ozono incorporano atomi di ossigeno che spostano e intensificano l'emissione di fluorescenza nel vicino infrarosso dei nanotubi. La scoperta degli scienziati della Rice University dovrebbe portare a nuovi usi dei nanotubi nella biomedicina e nella scienza dei materiali. (Credito:Bruce Weisman/Rice University)
(PhysOrg.com) -- I ricercatori della Rice University hanno scoperto un modo semplice per far brillare i nanotubi di carbonio.
Il laboratorio di riso del ricercatore Bruce Weisman, un pioniere nella spettroscopia dei nanotubi, hanno scoperto che l'aggiunta di piccole quantità di ozono a lotti di nanotubi di carbonio a parete singola e l'esposizione alla luce decora tutti i nanotubi con atomi di ossigeno e modifica sistematicamente la loro fluorescenza nel vicino infrarosso.
Le reazioni chimiche sulle superfici dei nanotubi generalmente uccidono la loro limitata fluorescenza naturale, ha detto Weismann. Ma il nuovo processo in realtà aumenta l'intensità e sposta la lunghezza d'onda.
Si aspetta la svolta, riportato online sulla rivista Scienza , ampliare le opportunità per gli usi biologici e materiali dei nanotubi, dalla capacità di rintracciarli in singole cellule a nuovi laser.
Meglio di tutto, il processo per creare questi nanotubi luminosi è incredibilmente facile -- "abbastanza semplice da fare per un chimico fisico, " ha detto Weismann, un chimico fisico stesso.
Lui e l'autore principale Saunab Ghosh, uno studente laureato nel suo laboratorio, scoprì che un tocco leggero era la chiave. "Non siamo le prime persone a studiare gli effetti dell'ozono che reagisce con i nanotubi, " Weisman ha detto. "Questo è stato fatto per un certo numero di anni.
"Ma tutti i ricercatori precedenti hanno usato una mano pesante, con molta esposizione all'ozono. Quando lo fai, si distruggono le caratteristiche ottiche favorevoli del nanotubo. Fondamentalmente spegne la fluorescenza. Nel nostro lavoro aggiungiamo solo circa un atomo di ossigeno per 2, 000-3, 000 atomi di carbonio, una piccolissima frazione".
Ghosh e Weisman hanno iniziato con una sospensione di nanotubi in acqua e hanno aggiunto piccole quantità di ozono gassoso o disciolto. Quindi hanno esposto il campione alla luce. Anche la luce di una semplice lampada da scrivania andrebbe bene, hanno riferito.
La maggior parte delle sezioni dei nanotubi drogati rimane intatta e assorbe normalmente la luce infrarossa, formazione di eccitoni, quasiparticelle che tendono a saltare avanti e indietro lungo il tubo, finché non incontrano l'ossigeno.
"Un eccitone può esplorare decine di migliaia di atomi di carbonio durante la sua vita, " ha detto Weisman. "L'idea è che possa saltare abbastanza da trovare uno di questi siti di doping, e quando lo fa, tende a restare lì, perché è energeticamente stabile. Rimane intrappolato ed emette luce a una lunghezza d'onda più lunga (spostata verso il rosso).
"Essenzialmente, la maggior parte del nanotubo si sta trasformando in un'antenna che assorbe l'energia luminosa e la convoglia nel sito di drogaggio. Possiamo realizzare nanotubi in cui l'80-90 percento delle emissioni proviene da siti drogati, " Egli ha detto.
I test di laboratorio hanno rilevato che le proprietà fluorescenti dei nanotubi drogati sono stabili per mesi.
Weisman ha affermato che i nanotubi trattati potrebbero essere rilevati senza utilizzare la luce visibile. "Perché è importante? Nel rilevamento biologico, ogni volta che ti ecciti a lunghezze d'onda visibili, c'è un po' di emissione di fondo dalle cellule e dai tessuti. Eccitando invece nell'infrarosso, ci liberiamo di quel problema, " Egli ha detto.
I ricercatori hanno testato la loro capacità di visualizzare nanotubi drogati in un ambiente biologico aggiungendoli a colture di cellule di adenocarcinoma uterino umano. Dopo, le immagini delle cellule eccitate nel vicino infrarosso mostravano singoli nanotubi che brillavano intensamente, mentre lo stesso campione eccitato con luce visibile mostrava una foschia di fondo che rendeva i tubi molto più difficili da individuare.
Il suo laboratorio sta perfezionando il processo di drogaggio dei nanotubi, e Weisman non ha dubbi sul loro potenziale di ricerca. "Ci sono molte strade scientifiche interessanti da perseguire, " disse. "E se vuoi vedere un singolo tubo all'interno di una cella, questo è il modo migliore per farlo. I tubi drogati possono essere utilizzati anche per studi di biodistribuzione.
"La cosa bella è che questo non è un processo costoso o elaborato, "Ha detto Weisman. "Alcune reazioni richiedono giorni di lavoro in laboratorio e trasformano solo una piccola frazione del materiale di partenza. Ma con questo processo, puoi convertire un intero campione di nanotubi molto rapidamente."
