Ученые из университета Торонто (Канада) создали новый тип наночастиц. Они способны обнаруживать химические вещества в очень низких концентрациях и различать молекулы с почти одинаковой формой. Исследование опубликовано в Journal of the American Chemical Society.
Наночастицы поглощают свет с низкой энергией и испускают фотоны с более высокой энергией — этот процесс называется апконверсией. Он позволяет возбуждать частицы ближним инфракрасным светом от недорогих лазеров и получать яркое зеленое свечение. Такой подход помогает отделять полезный сигнал от фонового шума, что особенно важно при анализе сложных образцов.
Раньше подобные частицы делали в виде плоских шестиугольников, а ионы иттербия и эрбия размещали в матрице из натрия, иттрия и фтора. Проблема была в том, что при высокой плотности иттербия энергия начинала передаваться обратно и не выходила наружу. Ученые изменили состав матрицы на литий, лютеций и фтор, а форму сделали объемной и многослойной.
Новая структура состоит из плотного ядра, внутренней и внешней оболочек. Концентрация иттербия растет от внешнего слоя к центру. Это позволяет упаковать больше ионов и направить энергию внутрь, к ионам эрбия. В результате частицы светятся примерно в 150 раз ярче обычных наночастиц без красителя и примерно в 50 раз ярче самых оптимизированных предыдущих структур.
Высокая яркость дает возможность находить целевые молекулы при очень малых концентрациях. Частицы также различают структурные изомеры — молекулы из одинаковых атомов, расположенных по-разному. Это важно для фармацевтики, где примесь неправильного изомера снижает эффективность лекарства или вызывает побочные эффекты.
Сейчас ученые работают над массовым производством наночастиц. Пока технология служит доказательством концепции, но ее можно настраивать под разные молекулы. В перспективе метод может удешевить контроль качества лекарств и поиск загрязнителей в воде.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что создана технология съемки прозрачных объектов.