Technische onderzoekers van de Universiteit van Florida hebben ontdekt dat ze bepaalde nanodeeltjes kunnen ontsteken met een laser met laag vermogen. een ontwikkeling die volgens hen de deur opent naar een golf van nieuwe technologieën in de gezondheidszorg, informatica en auto-ontwerp.

Een artikel over het onderzoek verschijnt deze week in de online-editie van Natuur Nanotechnologie .

Vija Krishna, Nathanaël Stevens, Ben Koopman en Brij Moudgil zeggen dat ze lasers gebruikten die niet veel intenser waren dan die in laserpointers om op te lichten, gefabriceerde koolstofmoleculen verhitten of ontsteken, bekend als fullerenen, wiens voetbalachtige vormen op bepaalde manieren waren vervormd. Ze zeiden dat de ontdekking een reeks belangrijke nieuwe toepassingen suggereert voor deze zogenaamde "gefunctionaliseerde fullerenen" -moleculen die al worden ontwikkeld voor een breed scala aan industrieën en commerciële en medische producten.

"Het mooie hiervan is dat er alleen een laser met een zeer lage intensiteit nodig is, " zei Moudgil, hoogleraar materiaalkunde en techniek en directeur van het Particle Engineering Research Center van de technische hogeschool, waar het onderzoek is uitgevoerd.

De onderzoekers gebruikten lasers met een vermogen van 500 milliwatt. Hoewel zwak volgens lasernormen, de onderzoekers geloven dat de lasers genoeg energie hebben om het ontrollen of ontrafelen van de gemodificeerde of gefunctionaliseerde fullerenen te starten. Dat proces, zij geloven, geeft snel de energie vrij die is opgeslagen wanneer de moleculen worden gevormd tot hun ongebruikelijke vormen, licht veroorzaken, hitte of verbranding onder verschillende omstandigheden.

De Natuur Nanotechnologie paper zegt dat de onderzoekers de techniek in drie mogelijke toepassingen hebben getest.

In de eerste, ze infuseerden kankercellen in een laboratorium met een verscheidenheid aan gefunctionaliseerde fullerenen waarvan bekend is dat ze biologisch veilig zijn, polyhydroxyfullerenen genaamd. Vervolgens gebruikten ze de laser om de fullerenen te verwarmen, de kankercellen van binnenuit vernietigen.

"Het veroorzaakte stress in de cellen, en dan na 10 seconden zien we de cellen gewoon knappen, " zei Krishna, een postdoctoraal medewerker in het Particle Engineering Research Center.

Hij zei dat de bevinding suggereert dat artsen patiënten kunnen doseren met de polyhdroxy fullerenen, identificeer de locatie van kankers, behandel ze vervolgens met lasers met een laag vermogen, andere weefsels ongedeerd laten. Een andere toepassing zou zijn om de locaties van tumoren of andere interessegebieden in het lichaam in beeld te brengen met behulp van het vermogen van de fullerenen om op te lichten.

Het artikel meldt ook dat de onderzoekers fullerenen gebruikten om een ​​kleine explosieve lading te ontsteken. De zwakke laser bevatte veel minder energie dan standaard elektrische ontploffingsinitiatoren, zeiden de onderzoekers, maar nog steeds ontstoken een soort gefunctionaliseerde fullerenen genaamd carboxy fullerenen. Die gebeurtenis ontstak op zijn beurt relatief krachtige explosieven die werden gebruikt in traditionele straalkappen.

Mijnbouw, tunnel- of sloopploegen leggen momenteel elektrische leidingen naar explosieven, een tijdrovend en duur proces voor explosieven op afstand. Het experiment suggereert dat bemanningen straalkappen kunnen gebruiken die zijn bewapend met de fullerenen en eenvoudig een laser kunnen richten om ze te laten ontploffen.

"Traditionele barstkappen vereisen veel energie om te ontsteken - ze gebruiken een hete wolfraamgloeidraad, " zei Nathanaël Stevens, een postdoctoraal medewerker in het Particle Engineering Research Center. "Dus, het is interessant dat we het kunnen doen met alleen een laser met laag vermogen."

De onderzoekers bedekten papier met polyhydroxy fullerenen, gebruikte vervolgens een laser met ultrahoge resolutie om een ​​miniatuurversie van de letters "UF" te schrijven. De demonstratie suggereert dat de techniek kan worden gebruikt voor veel toepassingen die extreem kleine, nauwkeurig, lithografie. Moudgil zei dat de onderzoekers een veelbelovende applicatie hadden ontwikkeld waarbij ze ingewikkelde patronen op computerchips maakten.

Hoewel niet besproken in de krant, andere mogelijke toepassingen zijn onder meer het infuseren van de fullerenen in benzine, dan ontsteken ze met lasers in plaats van traditionele bougies in automotoren, zei Moudgil. Omdat het proces waarschijnlijk meer benzine verbrandt die de cilinders binnenkomt, het zou auto's efficiënter en minder vervuilend kunnen maken.

De onderzoekers hebben meer dan een dozijn potentiële toepassingen geïdentificeerd en verschillende patenten aangevraagd. Het Nature Nanotechnology-paper van deze week is de eerste wetenschappelijke publicatie over de ontdekking en de nieuwe techniek.