Результаты, опубликованные в Proceedings of the National Academy of Sciences, объединили исследователей из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн и Университета Мэриленда, округ Балтимор, в совместном проекте Института передовых наук и технологий Бекмана в Иллинойсе.
«Приступая к этому исследованию, мы не знали, все ли углеродные точки являются лишь посредственными источниками излучения или одни были идеальными, а другие – плохими», – сказал профессор химии из Иллинойса Мартин Грюбеле, руководивший исследованием. «Мы знали, что если сможем показать, что есть хорошие и плохие, то, возможно, в конечном итоге мы сможем найти способ выбрать идеальные из них."
По словам Грюбеле, определение того, являются ли углеродные точки хорошими или плохими источниками света, начинается с возможности их видеть. Диаметр точек составляет менее 10 нанометров, и при возбуждении они решают, будут ли они флуоресцировать за считанные пикосекунды – или одну тысячную миллиардной доли секунды.
«Используя наш ранее разработанный абсорбционный сканирующий туннельный микроскоп для одиночных молекул, мы могли получать изображения только возбужденных состояний без временного разрешения», – сказал Грюбеле. «В этом исследовании, однако, теперь мы можем регистрировать квантовые точки в их возбужденном состоянии, сочетая истинное нанометровое разрешение в пространстве с фемтосекундным временным разрешением."
Команда обнаружила, что возбуждение энергии происходит по одному из двух путей: либо испускать свет, либо вытеснять энергию в виде тепла, прежде чем появится возможность флуоресценции.
«Мы обнаружили, что в больших популяциях приблизительно 20% данной популяции углеродных наноточек являются идеальными излучателями, в то время как около 80% имеют очень короткое состояние излучения света до того, как излучают тепло», – сказал Грюбеле. "Возможность увидеть, что существуют разные популяции, говорит нам о том, что, возможно, удастся очистить популяции углеродных точек, выбрав только идеальные излучатели света."
По словам Грюбеле, способность выбирать идеальные точки может сделать концепцию эффективных точек на основе углерода реальностью. «Металлические квантовые точки часто используются для наблюдения за здоровьем живых клеток, что далеко от идеала, и наличие нетоксичного и экономичного варианта было бы значительным достижением."
Новая технология визуализации также позволяет исследователям наблюдать, почему некоторые точки никогда не загораются, намекая на то, что есть надежда на то, что исследователи когда-нибудь смогут синтезировать идеальные светоизлучающие углеродные точки.
«Теперь мы знаем, что у нас есть инструмент, который определяет проблему», – сказал Грюбеле. "Используем ли мы его для очистки групп углеродных точек или для помощи в синтезе идеальных светоизлучающих углеродных точек – теперь вопрос только о том, куда мы хотим двигаться дальше."