(PhysOrg.com) -- Onderzoekers van de Rice University hebben een eenvoudige manier ontdekt om koolstofnanobuisjes helderder te laten schijnen.

Het Rice-lab van onderzoeker Bruce Weisman, een pionier in nanobuisspectroscopie, ontdekte dat het toevoegen van kleine hoeveelheden ozon aan batches enkelwandige koolstofnanobuisjes en deze bloot te stellen aan licht alle nanobuisjes met zuurstofatomen verfraait en hun nabij-infrarode fluorescentie systematisch verandert.

Chemische reacties op nanobuisoppervlakken doden over het algemeen hun beperkte natuurlijke fluorescentie, zei Weisman. Maar het nieuwe proces verhoogt de intensiteit en verschuift de golflengte.

Hij verwacht de doorbraak, online gerapporteerd in het tijdschrift Wetenschap , om de mogelijkheden voor biologisch en materieel gebruik van nanobuisjes uit te breiden, van het vermogen om ze in afzonderlijke cellen te volgen tot nieuwe lasers.

Beste van alles, het proces om deze heldere nanobuisjes te maken is ongelooflijk eenvoudig -- "eenvoudig genoeg voor een fysisch chemicus om te doen, " zei Weisman, zelf een fysisch chemicus.

Hij en hoofdauteur Saunab Ghosh, een afgestudeerde student in zijn lab, ontdekte dat een lichte aanraking de sleutel was. "We zijn niet de eerste mensen die de effecten bestuderen van ozonreacties met nanobuisjes, "Zei Weisman. "Dat wordt al een aantal jaren gedaan.

"Maar alle eerdere onderzoekers gebruikten een harde hand, met veel blootstelling aan ozon. Wanneer je dat doet, je vernietigt de gunstige optische eigenschappen van de nanobuis. Het schakelt in feite de fluorescentie uit. In ons werk voegen we slechts ongeveer één zuurstofatoom toe voor 2, 000-3, 000 koolstofatomen, een heel klein deel."

Ghosh en Weisman begonnen met een suspensie van nanobuisjes in water en voegden daar kleine hoeveelheden gasvormig of opgelost ozon aan toe. Daarna stelden ze het monster bloot aan licht. Zelfs licht van een gewone bureaulamp zou volstaan, meldden ze.

De meeste secties van de gedoteerde nanobuisjes blijven ongerept en absorberen normaal infrarood licht, excitonen vormen, quasideeltjes die de neiging hebben om heen en weer te springen door de buis - totdat ze zuurstof tegenkomen.

"Een exciton kan tijdens zijn leven tienduizenden koolstofatomen verkennen, "Zei Weisman. "Het idee is dat het genoeg rond kan huppelen om een ​​van deze dopingsites te vinden, en wanneer het gebeurt, het heeft de neiging om daar te blijven, omdat het energetisch stabiel is. Het raakt gevangen en zendt licht uit met een langere (roodverschoven) golflengte.

"Eigenlijk, het grootste deel van de nanobuis verandert in een antenne die lichtenergie absorbeert en naar de dopingplaats leidt. We kunnen nanobuisjes maken waarin 80 tot 90 procent van de emissie afkomstig is van gedoteerde locaties, " hij zei.

Uit laboratoriumtests bleek dat de fluorescerende eigenschappen van de gedoteerde nanobuisjes maandenlang stabiel waren.

Weisman zei dat behandelde nanobuisjes konden worden gedetecteerd zonder zichtbaar licht. "Waarom is dat van belang? Bij biologische detectie, elke keer dat je prikkelt op zichtbare golflengten, er is een beetje achtergrondemissie van de cellen en van de weefsels. Door in plaats daarvan te prikkelen in het infrarood, we zijn van dat probleem af, " hij zei.

De onderzoekers testten hun vermogen om gedoteerde nanobuisjes in een biologische omgeving te bekijken door ze toe te voegen aan culturen van menselijke baarmoederadenocarcinoomcellen. Later, afbeeldingen van de cellen die in het nabij-infrarood werden geëxciteerd, toonden enkele nanobuisjes die fel schitterden, terwijl hetzelfde monster geëxciteerd met zichtbaar licht een achtergrondwaas vertoonde waardoor de buizen veel moeilijker te herkennen waren.

Zijn lab verfijnt het dopingproces van nanobuisjes, en Weisman twijfelt niet aan hun onderzoekspotentieel. "Er zijn veel interessante wetenschappelijke wegen om te volgen, "zei hij. "En als je een enkele buis in een cel wilt zien, dit is de beste manier om het te doen. De gedoteerde buisjes kunnen ook worden gebruikt voor biodistributiestudies.

"Het leuke is, dit is geen duur of ingewikkeld proces, " Zei Weisman. "Sommige reacties vereisen dagen werk in het laboratorium en transformeren slechts een kleine fractie van je uitgangsmateriaal. Maar met dit proces je kunt heel snel een heel monster van nanobuisjes omzetten."