211service.com
Små pærer
Ved at afsætte smalle lysemitterende fibre på et siliciumsubstrat mønstret med guldelektroder har forskere ved Cornell University skabt ekstremt små lyskilder med dimensioner på kun et par hundrede nanometer. Fibrene er lavet af en polymer, der er indlejret med lysemitterende molekyler, som lyser op, når de udsættes for et elektrisk felt. Når forskerne sætter spænding på elektroderne, lyser fiberen orange på forskellige punkter, ligesom julelys, siger Hector Abruna , en kemi og kemisk-biologi professor ved Cornell, som er en af projektets ledere.
Nano lamper: En lysemitterende nanofiber spænder over guldelektroder, der er 500 nanometer fra hinanden. Når en spænding påføres elektroderne, lyser en lille plet på 240 gange 325 kvadratnanometer i areal.
Forskerne bruger en ligetil teknik kaldet elektrospinning til at lægge fibrene direkte på underlaget. Fordi metoden er relativt enkel, bør lyskilderne være nemme at integrere i laboratorie-på-en-chip-enheder, hvor lys kan bruges til at detektere kemiske og biologiske molekyler, såsom lægemidler og proteiner, som kan mærkes med fluorescerende farvestoffer eller kan absorbere en del af lyset. Og fordi fibrene er lavet af polymerer, kan de finde anvendelse i fleksible skærme. Du kan forestille dig disse [fibre] integreret i tøj, siger George Malliaras , en professor i materialevidenskab og ingeniørvidenskab fra Cornell, som samarbejder om arbejdet med Abruna og Harold Craighead på Cornell's Center for Nanobiotechnology.
Den ekstremt lille størrelse af lyskilderne kan også føre til nye metoder til at lave mikroskopi, siger Malliaras. Fibrene spænder fra 150 nanometer til 5 mikrometer i diameter. Men de lysemitterende pletter på fibrene måler 240 og 325 nanometer eller mindre. Dette gør lyskilderne mindre end 600 nanometers bølgelængde af det lys, som de udsender, en egenskab, der kunne udnyttes til at udvikle nye mikroskopimetoder.
For at elektrospin fibrene placerer forskerne en lille dråbe polymeropløsning på en metalnålespids. Derefter påfører de en spændingsforskel mellem spidsen og siliciumsubstratet, som ætses med guldelektroder og placeres et par millimeter væk. Spændingen får dråben til at forlænges og danne en stråle, der strømmer ned til underlaget. Når det bevæger sig ned, fordamper opløsningsmidlet, og hærdede polymerfibre aflejres på det elektrodebeklædte substrat.
Polymeren i dette tilfælde indeholder ruthenium-baserede molekyler, som udsender lys, når de udsættes for en elektrisk strøm. Når forskerne anvender en spænding til guldelektroderne, lyser små pletter på fiberstrækningerne, der spænder over tilstødende elektroder, orange. Ved høje spændinger på 100 volt er lyset skarpt nok til, at forskerne kan se det i mørke på trods af emitternes lille størrelse. Jeg vil sige, at [dette] er et gennembrud i den måde, lyskilder i nanostørrelse fremstilles på, siger Stefan Bernhard , en kemiprofessor ved Princeton University.
Elektrospinningsteknikken byder på flere fordele. Ved hjælp af metoden skulle man kunne lave fibre med diametre på 50 nanometer eller mindre, hvilket kan føre til endnu mindre lyskilder, siger Malliaras. Plus, teknikken skulle gøre det relativt nemt at fremstille nanoskala-lysemittere på praktiske laboratorie-på-en-chip-enheder, selvom man stadig skulle ætse guldelektroderne.
Det karakteristiske og ekstremt interessante aspekt ved dette arbejde er den lille størrelse af de lyskilder, de beskriver, siger John de Mello , der forsker i organiske lysemitterende enheder i nanoskala ved Imperial College London. Indtil nu har organiske lysemitterende enheder typisk været omkring en kvadratmillimeter store, siger han, hvilket er ideelt til standard lab-on-a-chip-applikationer, såsom påvisning af bakterier eller proteiner. Men de nanometerstore lyskilder ville være vigtige for nicheapplikationer, der kræver hastighed og en meget lille opløsning - for eksempel overvågning af, hvordan en kemisk reaktion forløber, når kemikalier strømmer gennem mikrofluidkanaler. Denne tilgang tilbyder et middel til dramatisk at forbedre opløsningen af sådanne målinger, siger de Mello.
Der mangler dog meget forskning. For enhver praktisk anvendelse ville forskerne være nødt til præcist at kontrollere arrangementet af fibrene på siliciumsubstratet. Men arbejdet er et første skridt i at lave lyskilder i nanoskala ved hjælp af en ligetil metode, siger Malliaras.
De Mello siger: Når det først er kendt, at der er en billig vej til at lave lyskilder med underbølgelængde, kan du være sikker på, at nogen vil finde en brug for dem. Det er den virkelige spænding ved denne form for arbejde.