211service.com
Małe żarówki
Umieszczając wąskie włókna emitujące światło na podłożu krzemowym ze złotymi elektrodami, naukowcy z Cornell University stworzyli niezwykle małe źródła światła o wymiarach zaledwie kilkuset nanometrów. Włókna są wykonane z polimeru, w którym znajdują się cząsteczki emitujące światło, które zapalają się pod wpływem pola elektrycznego. Kiedy naukowcy przykładają napięcie do elektrod, włókno świeci w różnych punktach na pomarańczowo, podobnie jak lampki choinkowe Hektor Abruna , profesor chemii i chemio-biologii w Cornell, który jest jednym z liderów projektu.
Lampy nano: Nanowłókno emitujące światło obejmuje złote elektrody oddalone od siebie o 500 nanometrów. Po przyłożeniu napięcia do elektrod zapala się maleńka plamka o wymiarach 240 na 325 nanometrów kwadratowych.
Naukowcy stosują prostą technikę zwaną elektroprzędzeniem, aby układać włókna bezpośrednio na podłożu. Ponieważ metoda jest stosunkowo prosta, źródła światła powinny być łatwe do zintegrowania z urządzeniami typu „lab-on-a-chip”, w których światło może być wykorzystywane do wykrywania cząsteczek chemicznych i biologicznych, takich jak leki i białka, które można znakować barwnikami fluorescencyjnymi lub może zaabsorbować część światła. A ponieważ włókna są wykonane z polimerów, mogą znaleźć zastosowanie w elastycznych wyświetlaczach. Możesz sobie wyobrazić te [włókna] zintegrowane z ubraniami, mówi George Malliaras , profesor materiałoznawstwa i inżynierii Cornell, który współpracuje nad pracą z Abruną i Harold Craighead w Centrum Nanobiotechnologii Cornella.
Niezwykle mały rozmiar źródeł światła może również prowadzić do nowatorskich podejść do robienia mikroskopii, mówi Malliaras. Włókna mają średnicę od 150 nanometrów do 5 mikrometrów. Ale plamki emitujące światło na włóknach mierzą 240 i 325 nanometrów lub mniej. To sprawia, że źródła światła są mniejsze niż 600-nanometrowa długość fali światła, które emitują, co można wykorzystać do opracowania nowych metod mikroskopowych.
Aby elektrospinować włókna, naukowcy umieszczają maleńką kropelkę roztworu polimeru na metalowej końcówce igły. Następnie przykładają różnicę napięć między końcówką a krzemowym podłożem, które jest wytrawione złotymi elektrodami i znajduje się kilka milimetrów dalej. Napięcie powoduje, że kropla wydłuża się i tworzy strumień, który spływa w dół do podłoża. Gdy przesuwa się w dół, rozpuszczalnik odparowuje, a utwardzone włókna polimerowe osadzają się na podłożu pokrytym elektrodą.
Polimer w tym przypadku zawiera cząsteczki na bazie rutenu, które emitują światło pod wpływem prądu elektrycznego. Kiedy badacze przykładają napięcie do złotych elektrod, maleńkie plamki na odcinkach włókien łączących sąsiednie elektrody świecą na pomarańczowo. Przy wysokim napięciu 100 woltów światło jest na tyle jasne, że naukowcy widzą je w ciemności, pomimo niewielkich rozmiarów emiterów. Powiedziałbym, że [to] jest przełomem w sposobie wytwarzania nanorozmiarowych źródeł światła, mówi Stefan Bernhard , profesor chemii na Uniwersytecie Princeton.
Technika elektroprzędzenia ma wiele zalet. Dzięki tej metodzie powinno być możliwe wytwarzanie włókien o średnicy 50 nanometrów lub mniejszej, co może prowadzić do jeszcze mniejszych źródeł światła – mówi Malliaras. Ponadto technika ta powinna sprawić, że wytwarzanie emiterów światła w nanoskali na praktycznych urządzeniach typu „lab-on-a-chip” będzie stosunkowo łatwe, chociaż nadal będzie trzeba wytrawiać złote elektrody.
Wyróżniającym i niezwykle interesującym aspektem tej pracy jest znikomy rozmiar opisywanych przez nie źródeł światła – mówi Jan de Mello , który bada organiczne urządzenia emitujące światło w nanoskali w Imperial College London. Do tej pory organiczne urządzenia emitujące światło miały zazwyczaj rozmiar około jednego milimetra kwadratowego, co jest idealne do standardowych zastosowań typu laboratorium na chipie, takich jak wykrywanie bakterii lub białek. Jednak źródła światła o rozmiarach nanometrowych byłyby ważne w zastosowaniach niszowych wymagających szybkości i bardzo małej rozdzielczości – na przykład monitorowania przebiegu reakcji chemicznej, gdy chemikalia przepływają przez kanały mikroprzepływowe. Takie podejście oferuje sposób na radykalną poprawę rozdzielczości takich pomiarów, mówi de Mello.
Jednak wiele badań pozostaje do zrobienia. W przypadku jakiegokolwiek praktycznego zastosowania naukowcy musieliby precyzyjnie kontrolować ułożenie włókien na podłożu krzemowym. Ale praca jest pierwszym krokiem w tworzeniu źródeł światła w nanoskali przy użyciu prostej metody, mówi Malliaras.
Mówi de Mello: Kiedy już wiadomo, że istnieje tania droga do wytwarzania źródeł światła o mniejszej długości fali, możesz być pewien, że ktoś znajdzie dla nich zastosowanie. To jest prawdziwa ekscytacja tego rodzaju pracy.