Углеродные квантовые точки — шаг к «зеленым» технологиям в медицине и биологии

Химики из Университета Клемсона разработали новый тип квантовых точек, впервые созданных из углерода. Эти наноразмерные «углеродные точки», как и их металлические аналоги, ярко светятся при воздействии света и перспективны для широкого спектра применений, включая улучшенные биологические сенсоры, устройства для медицинской визуализации и крошечные светодиоды (LED).

Исследование, которое может расширить использование технологий квантовых точек, описано в сообщении, опубликованном в Journal of the American Chemical Society. Статья выйдет в печатном выпуске журнала 7 июня.

Углеродные квантовые точки демонстрируют меньший потенциал токсичности и вреда для окружающей среды, а также могут быть дешевле металлических. Ученые также видят потенциал в создании дешевых одноразовых сенсоров для обнаружения скрытых взрывчатых веществ и агентов биологической войны, таких как сибирская язва.

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

Квантовые точки, разработанные ранее из соединений свинца, кадмия и кремния, вызывали опасения из-за потенциальной токсичности. Это заставило ученых искать более безопасные материалы.

Используя наночастицы, полученные из графита, команда продемонстрировала, что при покрытии специальными полимерами эти углеродные наночастицы ярко светятся под действием света, как крошечные лампочки. Свечение продолжается, пока присутствует источник света.

Ученые полагают, что 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. Предполагается, что механизм излучения света в металлических квантовых точках несколько иной.

Двустороннее полимерное покрытие позволяет прикреплять к углеродной точке антитела или другие маркирующие материалы. Это может привести к созданию улучшенных красителей для медицинской визуализации и сенсоров, которые загораются в присутствии цели, такой как споры сибирской язвы или пищевые патогены. В лабораторных тестах исследователи успешно пометили споры, подобные сибирской язве, люминесцирующими углеродными точками, в результате чего споры светились и были легко видны под микроскопом.