Nanokamera seuraa kemiallisia reaktioita

Tutkijat ovat luoneet pienen kameran jonka avulla he voivat seurata kemiallisia reaktioita reaaliajassa.

Cambridgen yliopiston tutkijatiimin kehittämä rakenne koostuu puolijohteisista kvanttipisteistä ja kultaisista nanohiukkasista ja molekyyliliimasta. Kun komponentit lisätään veteen tutkittavan molekyylin kanssa, ne koostuvat muutamassa sekunnissa vakaaksi, tehokkaaksi kameramaiseksi työkaluksi, joka mahdollistaa kemiallisten reaktioiden reaaliaikaisen seurannan.

Näin syntynyt nanokamera kerää valoa puolijohteissa, kuten fotosynteesissä tapahtuvista elektroninsiirtoprosesseista, joita voidaan seurata käyttämällä koosteeseen kuuluvia kultaisia nanohiukkasantureita ja spektroskooppisia tekniikoita.

Alustaa voitaisiin käyttää monenlaisten molekyylien tutkimiseen erilaisiin mahdollisiin sovelluksiin, kuten fotokatalyysin ja aurinkosähkön parantamiseen. Sillä on jopa havainnoitu fotokemiallisia reaktioita, joita on aiemmin vain teoretisoitu.

Luonto hallitsee monimutkaisten rakenteiden kokoonpanoja molekyylitasolla itserajoittavien prosessien avulla. Näiden prosessien jäljitteleminen laboratoriossa on kuitenkin yleensä aikaa vievää, kallista ja monimutkaista.

"Voidaksemme kehittää uusia materiaaleja, joilla on ylivoimaiset ominaisuudet, yhdistämme usein erilaisia kemiallisia lajeja yhteen ja saamme aikaan hybridimateriaalin, jolla on haluamamme ominaisuudet", sanoo tutkimusta johtanut professori Oren Scherman. "Mutta näiden hybridien nanorakenteiden tekeminen on vaikeaa ja niissä päädytään usein hallitsemattomaan kasvuun tai epävakaisiin materiaaleihin."

Uusi menetelmä, jonka Scherman ja hänen kollegansa University College Londonista kehittivät, hyödyntää molekyyliliimaa (cucurbituril), joka on vahvasti vuorovaikutuksessa sekä puolijohdekvanttipisteiden että kultaisten nanohiukkasten kanssa.

"Ihmiset ovat viettäneet koko uransa saadakseen aineksia kasaan hallitusti", kertoo Scherman. ”Tämä foorumi avaa laajan valikoiman prosesseja, mukaan lukien monet materiaalit ja kemikaalit, jotka ovat tärkeitä kestävän teknologian kannalta. Puolijohteiden ja plasmonisten nanokiteiden kaikkia mahdollisuuksia voidaan nyt tutkia, mikä tarjoaa mahdollisuuden samanaikaisesti indusoida ja tarkkailla fotokemiallisia reaktioita.”

"Kyseessä on todella suuri työkalupakki, kun otetaan huomioon metallien ja puolijohteisten rakennelohkojen määrä, jotka voidaan nyt kytkeä yhteen tämän kemian avulla. Se avaa monia uusia mahdollisuuksia kemiallisien reaktioiden kuvantamiseen ja havainnointiin ottamalla tilannekuvia seuratuista kemiallisista järjestelmistä. Menetelmän yksinkertaisuus tarkoittaa, että tutkijat eivät enää tarvitse monimutkaisia, kalliita menetelmiä saadakseen samat tulokset," toteavat tutkijat yliopistonsa tiedotteessa.

Schermanin laboratorion tutkijat kehittävät parhaillaan näitä hybridejä edelleen kohti keinotekoisia fotosynteesijärjestelmiä ja (foto) katalyysiä, jossa elektroninsiirtoprosesseja voidaan havaita suoraan reaaliajassa. Tiimi tutkii myös hiili-hiili -sidoksen muodostumismekanismeja sekä elektrodiliitäntöjä akkusovelluksissa.

Aiheesta aiemmin:

Grafeenikamera kuvaa sydämen sähköistä toimintaa