(PhysOrg.com) -- Veel fysische en chemische processen die nodig zijn voor biologie en scheikunde vinden plaats op het grensvlak van water en vaste oppervlakken. Onderzoekers van het Los Alamos National Laboratory, een publicatie in Nature Nanotechnology, hebben nu aangetoond dat halfgeleidende koolstofnanobuisjes - lichtemitterende cilinders van pure koolstof - het potentieel hebben om afzonderlijke moleculen in water te detecteren en te volgen.

Met behulp van high-speed microscopische beeldvorming, ze ontdekten dat nanobuisjes zowel de beweging van individuele moleculen konden detecteren als volgen terwijl ze het oppervlak aan het watergrensvlak bombarderen. Traditionele technieken om moleculen op oppervlakken te onderzoeken kunnen niet in water worden gebruikt, omdat voor het onderzoek lagedrukatmosferen nodig zijn, zoals men die in de ruimte aantreft. Het team heeft goede hoop dat hun werk zal leiden tot praktische, op nanobuisjes gebaseerd, single-molecule detectoren in waterige biologische en chemische omgevingen.

Moleculaire beweging en hechting aan oppervlakken is belangrijk voor het aansturen van de chemie die varieert van de productie van ammoniak op metaal tot de enzymatische oxidatie van glucose. De hechting vindt plaats door sporadische beweging gevolgd door een botsing met het oppervlak waaraan het molecuul kleeft. Moleculen kunnen dan langs het oppervlak bewegen waar ze kunnen botsen met andere moleculen en chemische reacties ondergaan.

In traditionele 'oppervlaktewetenschap'-experimenten worden deze processen afgebeeld in een vacuüm waar andere moleculaire soorten vanuit de lucht het beeld niet kunnen vervagen. In oplossingen zoals water, er is geen manier geweest om dit rechtstreeks te doen. Bijgevolg, onderzoekers hebben gezocht naar een materiaal dat in water kan worden gebruikt om individuele moleculen te detecteren voor toepassingen in de oppervlaktewetenschap.

Geïnspireerd door deze uitdaging heeft een team van Los Alamos-wetenschappers (Jared Crochet, Juan Duque, Jim Werner, en Steve Doorn) van het LANL's Centre for Integrated Nanotechnologies onderzocht het gebruik van lichtemitterende koolstofnanobuizen als detectoren. Met door anderen ontwikkelde technieken, het team gebruikte zeep en water om de nanobuisjes te stabiliseren, waar ze direct konden worden afgebeeld met een hogesnelheidsvideocamera. Wanneer ze worden verlicht met laserlicht, schijnen deze buizen helder, als lange glowsticks.

Wanneer de gloeiende nanobuisjes in water worden blootgesteld aan verschillende chemicaliën, de onderzoekers zagen dat bepaalde plekken van de buis kort zouden doven als de moleculen het oppervlak bombardeerden. Hierdoor konden ze bepalen hoe effectief bepaalde moleculen aan het oppervlak zouden blijven kleven. De onderzoekers waren ook in staat om de beweging van moleculen te volgen terwijl ze langs het oppervlak bewogen. Het team onderzoekt nu hoe chemische reacties verlopen op nanobuisoppervlakken om de chemie op het waterinterface beter te begrijpen voor biologische en chemische toepassingen.