Златото може да прави много повече от това просто да блести. На атомно ниво то се държи съвсем различно от скъпия благороден метал - реагира силно на инфрачервена светлина и е полезно за диагностика на рака.
Изследователи откриха златни квантови игли с голям потенциал. Видими само под микроскоп, те се състоят едва от няколко десетки атома и биха могли да трансформират и медицината, и енергията. Когато само няколко атома се съберат в прецизни структури, се създават малки частици с необичайни свойства. Екип от Токийския университет е наблюдавал директно този процес за първи път и открива нова форма на структурите - така наречените квантови игли, изработени от злато.
Те се състоят от 30 до 35 атома и са около хиляда пъти по-тънки от човешкия косъм. Въпреки малкия си размер те притежават свойства, които са важни за медицината, за екологичните технологии и при изграждането на фотоволтаични системи. Златото проявява напълно нови свойства в наномащаб, като демонстрира фундаментални промени. Клъстерите от няколко десетки атома могат селективно да абсорбират или да излъчват светлина
Тези ефекти ги правят интересни за инженерната световна общност, която смята да ги прилага скоро в технически проекти. Обикновено се образуват сферични клъстери, но досега точното разположение на златните атоми почти не е било наблюдавано. Екипът, ръководен от проф. Тацуя Цукуда, е търсил данни за това как конкретно протича процесът на растеж – и по този начин открил напълно нова структура.
Досега основните изследователски интереси на проф. Цукуда са били концентрирани в биоразнообразието и еволюционната биология. Темите на оглавяваната от него лаборатория са включвали адаптация, видообразуване, консервационна биология, взаимодействие между растения и насекоми, геномика на биоразнообразието. В новото проучване екипът става свидетел на невиждан досега феномен - златните наноклъстери постепенно се развиват в щифтовидни квантови игли.
Структурите са определени с помощта на рентгенова кристалография, а на повърхностните лиганди има леки органичните остатъци. Златните атоми се появяват в жълто, серните атоми в червено, като златните наноклъстери постепенно се развиват в щифтовидни квантови игли. При проучването са създадени специални химични условия, при които златните атоми се свързват особено бавно и по контролиран начин.
Това позволява на учените да уловят и анализират междинните етапи на процеса на растеж – за първи път в изследванията на клъстери. Резултатът е изненадващ: вместо да образуват обичайните кръгли форми, атомите се подреждат в пръчковиден модел. Получените структури се състоят от триъгълници и тетраедри – форма, непозната досега в нанохимията. Екипът е нарекъл частиците „златни квантови игли“.
Новата форма носи и нови свойства: иглите реагират особено силно на светлина в близкия инфрачервен диапазон. Това е точно светлината, която прониква дълбоко в тъканите и вече се използва в диагностиката на рака. Две игли с 33 и 34 златни атома абсорбират светлина съответно при 770 и 755 нанометра – сравнима с багрилото индоцианиново зелено, което се използва за хирургически процедури. Иглите биха могли да направят изображенията по-прецизни и нежни в бъдеще
Друго предимство е, че излъчват два вида светлина – флуоресценция и фосфоресценция. Флуоресценцията се появява незабавно, а фосфоресценцията – със закъснение. Тази комбинация подобрява остротата на изображението и помага за разграничаване на здравата от болната тъкан.
Визуализирането на отделните етапи на растеж представлява голяма крачка напред в изследванията. Проф. Тацуя Цукуда обобщава: „Формирането на тези игловидни структури беше изненадващо откритие – далеч отвъд първоначалните ни очаквания, и дори надхвърля възможностите на въображението“. Златните квантови игли се състоят само от няколко десетки атома, растат постепенно от триъгълници и тетраедри и проявяват нови квантово-механични свойства.
След изолирането на седем различни клъстера, изследователите демонстрират, че при контролирани условия златото може да бъде целенасочено оформено във функционални наноструктури с измерим потенциал за приложение. Важен момент е и фактът, че електромагнитното излъчване с определена дължина на вълната обикновено е скрита от човешкото око. Нови контактни лещи, разработени от китайски учени могат да преобразуват инфрачервените лъчи във видими цветове.
По този начин те също ще участват в нови проекти за трансформиране на медицината, сигурността и ежедневието ни в следващите години.
|
Златните игли показват потенциал за вграждане в соларни клетки и сензори. Възможните приложения извън медицината са благодарение на квантово-механичните свойства на иглите, които могат да помогнат за по-ефективното преобразуване на слънчевата светлина в електричество при нови видове фотоволтаични клетки клетки. Възможно е използването им и в светлинни сензори или системи за мониторинг на околната среда. Високата чувствителност в инфрачервения диапазон прави иглите универсални. В публикацията си авторите пишат: „Поради особената си чувствителност към близката инфрачервена светлина тези игли могат да се използват както за преобразуване на слънчева енергия, така и за биомедицински приложения.“ Учените са успели да произведат седем различни вида игли. Всяка от тях се състои от различен брой златни атоми и носи различен електрически заряд. Тези фини разлики повлияват върху това колко силно и на каква дължина на вълната реагират иглите. |
Денис МАРТИНОВ
