Въглищата като евтин източник на графенови квантови точки

Освен традиционните варианти на приложение новите квантови точки може да се окажат изключително полезни за използване в редица многообещаващи области.

Джеймс Тур от университета „Райс“ (САЩ) и колегите му подложили на необичайна обработка обикновени каменни въглища, антрацит и кокс и сега твърдят, че крайният резултат може да намери широко приложение в… медицината. Широко и много необходимо.

Обработката се състояла в „накисване“ на разновидности на въглищата в киселина и въздействието със звукови вълни върху тях, които осигурявали равномерно размесване на този „коктейл“. След което крайният продукт в продължение на денонощие бил нагряван до 100°C и учените получили графен във вид на наночастици с високоподредена структура с размери от 2 до 40 нм.

В зависимост от изходния вид на въглищата размерът на частиците бил различен и при тяхното облъчване със светлина те демонстрирали различни типове флуоресценция. Да, да – флуоресценция, и именно затова Тур ги смята за доста перспективен материал в цяла редица области.

Вгледайте се в квантовите точки. В тях електроните (или дупчиците) са толкова ограничени от малките размери на наночастиците, че започват да действат квантови ефекти. В много малките частици разстоянието между енергийните нива става необикновено голямо. При прехода на електрона с едно енергийно ниво по-надолу се изпуска фотон, което и лежи в основата на оптичните свойства на квантовите точки, включително флуоресценцията.

Всичко това е приложимо към получените от въглища нови наночастици и като се варира с техния размер, може да се регулира дори енергията на изпускания фотон – променяйки цвета на изпусканата от квантовата точка светлина.

Квантовите точки имат множество широки области на приложение, като се започне с екраните на смартфони (LG) и нова микроелектроника и се завърши с дисплеи, светодиоди и дори квантови компютри.

Както се досещате, в цялата тази история има едно „но“ – засега квантовите точки не са евтини, а и са токсични. Всички тези кадмиеви селениди и прочие са доста скъпи, получаването им е енергоемко, а продуктите на тяхна основа изискват специална утилизация.

Вляво – антрацит, вдясно – кокс. В зависимост от първоначалната им структура крайните графенови квантови точки имат различни размери и свойства.
© J. Tour et al.

Според тестовете на екипа на Тур новите наночастици са нетоксични и са много по-евтини от аналозите си – изходните материали струват стотинки, а и процедурата за обработка е сравнително проста. Досега графенови наночастици са получавани или от графит, или от въглеродни нанотръбички. Но и в двата случая техническият процес е бил сложен, а суровината – по-скъпа в сравнение с тази в новата разработка.

Не става въпрос обаче само за цената. Нетоксичните квантови точки може да се използват там, където преди не са имали място – в човешкия организъм. А това е доста перспективно от медицинска гледна точка, тъй като продължително светещите наночастици графен може да са къде по-действени от съществуващите флуоресценции и ще осветяват живите клетки и тъкани на организма (което други квантови точки вече са показали в лабораторни опити с мишки).

Но в медицинския отрасъл приложението на диагностични средства на основата на токсични материали е неприемливо и графеновите наночастици в този смисъл могат да предизвикат истинска революция.

Отчет за изследването е публикуван в сп. Nature Communications, а с допълнителните му материали можете да се запознаете тук.