Betere constructiehandleiding voor nanolamps

Nieuwe methoden bepalen de grootte van lichtgevende nanodeeltjes

Chemie in een bubbel: blaasjes met verschillende uitgangsmaterialen dragen verschillende fosforen in hun membraan (a). Terwijl de bellen samensmelten, vormen rood gloeiende nanodeeltjes (b). In de transmissie-elektronenmicroscoop kunnen de deeltjes worden herkend als heldere punten (c). © MPI voor colloïden en interfaces
voorlezen

Er zijn nu twee nieuwe bouwinstructies voor de kleinste lampen ter wereld. Volgens deze plannen hebben wetenschappers nanodeeltjes op maat gemaakt die kunnen dienen als positielichten op celeiwitten, maar in de toekomst misschien ook als lichtbronnen voor schermen of voor optische informatietechnologie.

In microscopische membraanblaren hebben onderzoekers van het Max Planck Instituut voor colloïden en interfaces cadmiumsulfidedeeltjes geproduceerd. Afhankelijk van de instructies die ze volgen, kunnen deze vier of 50 nanometer groot zijn. Aangezien de membraanblaasjes ongeveer de grootte van levende cellen bereiken, zou de studie ook een indicatie kunnen geven van hoe nanostructuren in de natuur worden gevormd, aldus de wetenschappers in de online editie van het tijdschrift "Small".

Gesloten reactievaten

Bij het werken in de kleinste dimensies zijn cellen en micro-organismen grote meesters. Net als zeer efficiënte microfabrieken, produceren ze slechts enkele nanometers, of miljoensten van een millimeter, grote deeltjes en structuren van anorganisch materiaal zoals kalk.

Dit vermogen kan worden toegeschreven aan twee verschillende benaderingen: enerzijds biochemische hulpmiddelen, namelijk peptiden, die de kalk in een gewenste vorm brengen. Ten tweede kan het hen helpen om zelf heel klein te zijn. Daarom kunnen de kalkdeeltjes niet voor onbepaalde tijd groeien - wanneer de cel, het calciumcarbonaat, het bouwmateriaal van kalk, emaneert, voorbij is.

"Het feit dat cellen vrijwel een gesloten reactievat zijn, heeft ons ertoe gebracht nanodeeltjes te modelleren", zegt Rumiana Dimova. Bij het Max Planck Instituut voor colloïden en interfaces onderzoekt haar onderzoeksgroep membranen terwijl ze cellen omsluiten. De chemicus en haar personeel gebruiken lecithinemembranen die lijken op biologische membranen om bellen te vormen met een grootte van ongeveer 50 micron. Deze membraanblaasjes - de wetenschappers spreken van blaasjes - vormen samen met cellen een gesloten reactievat. Elk van de membraanblaasjes is geladen met een van de twee voorlopers voor de nanodeeltjes. tonen

Bubble cocktail onder kracht

Vanaf hier volgen de wetenschappers twee verschillende instructies. In één geval produceren ze bellen met beide uitgangsmaterialen, eenmaal met natriumsulfide en eenmaal met cadmiumchloride. De blaasjes met de verschillende ladingen brengen vervolgens de onderzoekers samen en combineren twee blaasjes in een grotere blaar - door de blaascocktail een korte maar zeer sterke elektrische puls te geven Verlaat. De elektrische schok smelt de membranen van twee aangrenzende bellen samen.

In veel gevallen combineren twee blaren met verschillende uitgangsmaterialen. Deze reageren vervolgens op cadmiumsulfide, dat niet oplost in water en daarom neerslaat in de vorm van nanodeeltjes. "Omdat de uitgangsmaterialen in de gesmolten bellen beperkt zijn, groeien de deeltjes slechts tot vier nanometer, " legt Dimova uit.

Lichtgevende nanodeeltjes

De wetenschappers waren in staat het hele proces goed in de microscoop te volgen omdat ze verschillende fosforen in de membranen van verschillend geladen blaasjes hadden opgenomen. En ook de nanodeeltjes zagen de onderzoekers opgroeien, omdat de deeltjes glanzen als kleine lampen.

Zoals ballonnen op touwtjes

In hun tweede procedure maken de onderzoekers alleen blaren met een van de startmaterialen. Nadat de bellen zijn gevormd, halen de wetenschappers ze niet uit de reactiekamer, anders dan in de eerste procedure. In plaats daarvan blijven de bellen verbonden met hun onderlaag via kleine membraankanalen, zoals ballonnen op snaren, die in dezelfde oplossing staan ​​als die ze binnenin bevatten.

De onderzoekers rond Dimova veranderen echter snel: ze wisselen de oplossing met het eerste ingrediënt voor de nanodeeltjes in tegen een met de tweede component. Maar in de bubbels verandert er eerst niets. Geleidelijk kruipt het tweede ingrediënt tussen membraan en kussen in het kanaal om te blazen. In blaarvorming, waar het andere ingrediënt al wacht, groeien de nanodeeltjes weer - dit keer tot een grootte van 50 nanometer.

Geen hulp nodig

"Met onze methode maakten we eerst deeltjes met een bepaalde diameter in blaasjes die overeenkomen met de grootte van de cellen", zegt Dimova. Zelfs eerder, hebben wetenschappers al nanodeeltjes in membraanblaren bereid. De membraanblaren hadden een diameter van enkele nanometers, maar veel kleiner dan de microblokken van Potsdam-onderzoekers en ook veel kleiner dan biologische cellen.

Niet in het minst daarom dachten biologen dat cellen afhankelijk zijn van de hulp van peptiden bij de synthese van nanodeeltjes. Maar het is ook mogelijk zonder, zoals Dimova en haar collega's hebben verklaard.

(MPG, 17.06.2009 - DLO)