Новости химической науки > Углеродные квантовые точки всех цветов радуги

Флуоресцирующие углеродные наночастицы, известные как углеродные наноточки, могут стать дешевой и биологически совместимой альтернативой квантовым точкам в детектировании химических веществ, находящихся внутри живых клеток. Полученные к настоящему времени углеродные точки обычно испускают свет в диапазоне от синего до зеленого.

В новой работе исследователи сообщают о получении углеродных точек, которые излучают по всему диапазону видимого света.

Минджи Ли (Minjie Li) и Шон Сяо-Ан Жан (Sean Xiao-An Zhang) из Университета Цилинь использовали многоцветные разноцветные углеродные точки для измерения значения рН в растворах и внутри точек. Исследователи отмечают, что полученные ими углеродные точки могут стать эффективными химическими сенсорами для применения в живых клетках.

Кислородсодержащие и азотсодержащие функциональные группы на поверхности углеродных наночастиц позволяют им испускать свет от синего до интенсивно-красного при поглощении определенных длин волн света (волновые числа указаны красным). (Рисунок из Chem. Mater. 2014, DOI: 10.1021/cm5003669)

Исследователи уверены, что углеродные точки могут оказаться более подходящими для биологических исследований, чем квантовые точки, поскольку они лучше растворимы в воде, чем квантовые точки, а также не содержат токсичных тяжелых металлов, таких как кадмий и свинец. Для того, чтобы получить различные цвета исследователи меняли размеры, кристаллическую структуру и свойства поверхности частиц. Однако Ли отмечает, что такие параметры, хотя и меняют такие свойства, как интенсивность излучения и его частота, но и скорость попадания этих частиц в живые клетки, что может влиять на достоверность и воспроизводимость результатов, полученных с неоднородными по размеру частицами.

Чтобы избежать сложности в использовании частиц с разным размером исследователи из Университета Цилинь хотели получить яркое интенсивное излучение разных цветов от одной углеродной точки. Для решения этой задачи исследователи нагревали смесь хлороформа и диэтиламина, отделяя образующиеся при этом наночастицы. Нагревание смеси в течение одного часа позволяло получить синие углеродные точки диаметром от 1 до 3 нанометров, а при нагревании в течение 60 часов – разноцветные квантовые точки с диаметром от 2 до 4 нанометров. Последние нанообъекты излучают свет во всем диапазоне видимой области – они излучают синий цвет с длиной волны 470 нм при возбуждении светом с длиной волны 390 нм и красный с длиной волны 670 нм при поглощении света с длиной волны 650 нм.

Исследователи проанализировали и сравнили химический состав углеродных точек, проявляющих синюю и многоцветную флуоресценцию с помощью ИК спектроскопии. Было обнаружено, что поверхность точек, дающих флуоресценцию в разных цветах, содержит функциональные группы с двойными связями C=O и C=N. Удаление этих групп с помощью обработки боргидридом натрия привело к понижению интенсивности эмиссии в некоторых областях. Это обстоятельство позволило предположить то, что за излучение углеродных точек в различных областях спектра отвечают именно функциональные группы.

На основе углеродных точек, излучающих во всей области видимого спектра, исследователи получили сенсоры на pH, который и использовали для измерения pH в модельных растворах и опухолевых клетках человека.

Источник: Chem. Mater. 2014, DOI: 10.1021/cm5003669

метки статьи: #аналитическая химия, #нанотехнологии, #химия поверхности