Сырьём для люминесцентных чернил послужат… куриные яйца

У люминесцирующих углеродных наноточек (С-точки) очень интересные оптоэлектронные свойства. Но важнее всего их биологическая совместимость, что позволяет использовать их в качестве контраста для визуализации биологических процессов. В этом смысле углеродные наноточки гораздо предпочтительнее полупроводниковых аналогов на основе переходных металлов.

Китайские учёные сумели предложить совершенно новый, быстрый и недорогой подход к производству С-точек, который подробно описан в журнале Angewandte Chemie. Кроме того, показана возможность использования полученных наноточек в качестве пигмента для струйной печати.

Новый процесс основан на пиролизе, вызываемом действием плазмы — высокоионизированного газа, в котором ионы и электроны частично или полностью разделены (напомним, что одним из вариантов использования этой высокореакционной, высокоэнергетической субстанции является сварка, где плазма выступает в качестве источника тепла). Исследователи под руководством Сю Ченя из Нанкинского технологического университета (Китай) попробовали направить поток «особой» плазмы на небольшое количество яичного желтка или белка. И вот результат: в течение нескольких минут были получены С-точки с выходом 6%.

Всего лишь плазменная лампа (фото Luc Viatour / Wikimedia).

«Желтковые» углеродные наноточки обладали кристаллической структурой и диаметром около 2,2 нм. С-точки из белка оказались аморфными и имели более крупный диаметр — около 3,4 нм. Структура обоих продуктов была в основном графитовой, с небольшим количеством примесных кислородных и азотных атомов на поверхности, что обеспечило хорошую растворимость в широком спектре органических растворителей и воде. Углеродные наноточки не проявляют чувствительности к рН-среды, а в условиях УФ-освещённости демонстрируют ярко-синюю флюоресценцию, которая, по мнению авторов работы, происходит за счёт пассивированных поверхностных дефектов, захватывающих, подобно антеннам, УФ-фотоны.

Наблюдая за процессом пиролиза с помощью термогравиметрического анализа и ИК-спектроскопии, учёные обнаружили, что он сопровождается денатурацией и глубокой деградацией белка (ну а как ещё может получиться элементарный углерод?), а также различными химическими реакциями. В конце концов все заканчивается образованием диоксида углерода, аммиака и воды (и 6% С-точек от начальной массы, что, вообще говоря, не так уж мало). Кроме того, утверждается, что метод применим не только к содержимому куриных яиц, но и ко многим другим недорогим природным источникам углерода, включая сахар.

И последнее. Используя свои С-точки, исследователи приготовили чернила и нанесли люминесцирующие рисунки на самые разнообразные поверхности, задействовав для этого струйную печать и шелкографию. Говорят, что добавление небольшого количества органических красителей и полупроводниковых квантовых точек позволило добиться самых разнообразных цветов.

Подготовлено по материалам Angewandte Chemie.