De moderne samenleving werkt dichter bij de nanoschaal dan zij zich realiseert. Doorbraken en vooruitgang in het ontwikkelen en manipuleren van nanostructuren hebben geleid tot technologische vooruitgang die niet alleen beeld- en detectieapparatuur aandrijft, maar ook de pijlers van het moderne leven mogelijk maakt, zoals aanraakschermen en LED-displays met hoge resolutie.

Een nieuwe recensie geschreven door internationale leiders in hun vakgebied, en gepubliceerd in Natuur , richt zich op de lichtgevende nanodeeltjes die de kern vormen van vele ontwikkelingen en de kansen en uitdagingen voor deze technologieën om hun volledige potentieel te bereiken.

senior auteur, Professor Dayong Jin, zegt dat wetenschappers, door te proberen te begrijpen hoe afzonderlijke nanodeeltjes zich gedragen, zeer fundamentele vragen stellen om instrumenten te ontwikkelen die kunnen worden gebruikt om technologische doorbraken te realiseren op diverse gebieden, waaronder gepersonaliseerde geneeskunde, cyberbeveiliging en kwantumcommunicatie.

"Het doel van dit veld is om de eigenschappen van deze kunstmatige atomen echt te begrijpen, zodat hun eigenschappen kunnen worden gecontroleerd en aangepast voor de toepassing die we nodig hebben, " zegt hij. Professor Jin is de directeur van het University of Technology Sydney (UTS) Institute for Biomedical Materials &Devices (IBMD) en directeur van het UTS-SUStech Joint Research Centre for Biomedical Materials &Devices.

Het artikel brengt de opkomst van metingen van enkelvoudige moleculen in kaart en de snelle vooruitgang in optische microscopie die het mogelijk maakte om de fluorescentie van enkelvoudige fotonen te 'zien' en, daarbij, de ontdekking van de onderliggende fotofysica van de nanoschaal. Van quantum dots tot carbon dots, fluorescerende nanodiamanten en nanodeeltjes vervaardigd uit obscure mineralen zoals perovskiet - allemaal veelbelovende hulpmiddelen voor uiteenlopende toepassingen als beeldvorming, detectie van biomarkers en gegevensopslag.

Maar zoals de auteurs toegeven "hoe dichter we de perfectie in het ontwerp van nanodeeltjes nastreven, hoe moeilijker de uitdagingen worden".

Hoofdauteur Dr. Jiajia Zhou van UTS IBMD, die gespecialiseerd is in het bouwen van optische spectroscopie met enkelvoudige deeltjes om het meer onvoorspelbare gedrag van nanodeeltjes bloot te leggen, zegt dat er vraag is naar kleinere en efficiëntere nanodeeltjes met nieuwe gewenste functies en eigenschappen.

"Vooral voor biomedische en intracellulaire toepassingen zoals moleculaire sondes en sensoren. Hier hebben we het over slechts enkele nanometers groot waar de uitdaging om uniforme nanodeeltjes te vormen en hun vorm te controleren, grootte en optische eigenschappen vereist nieuwe kennis over de oppervlaktechemie van nanodeeltjes, bijvoorbeeld, " ze zegt.

Nog altijd, in een zeer snel evoluerend veld lijkt het potentieel alleen beperkt te worden door wetenschappelijke verbeeldingskracht en, waarschijnlijker, het vermogen van wetenschappelijke en technische disciplines om kennis en vaardigheden te integreren, zeggen de auteurs.

"Dit artikel is een groot onderzoek en benadrukt de noodzaak van een wereldwijde inspanning en middelen voor het fundamentele onderzoek dat nodig is om de grenzen te blijven verleggen van wat mogelijk is op nanoschaal, zodat de samenleving kan profiteren van de vele nieuwe kansen, ' zegt professor Jin.

Professor Jin stelt zich een wereld voor waarin pincet op nanoschaal wordt gebruikt om hybride apparaten op basis van nanodeeltjes te assembleren en waar biomedische handtekeningen kunnen worden gebruikt om vragen te beantwoorden over de reactie van een individu op medicamenteuze therapieën, allemaal uit één druppel bloed.

"Elke dag als mensen genieten van het gebruik van smartphones en touchscreens om berichten te verzenden, en schermweergaven met hoge resolutie om afbeeldingen te bekijken en video's te bekijken, ze vergeten misschien waar deze technologie vandaan komt.

"Deze technologieën zien er misschien uit als technische projecten, maar zijn in werkelijkheid het resultaat van tientallen jaren onderzoek van wetenschappers en studenten die 'in het donker' werken om fundamentele vragen te beantwoorden over hoe de natuur werkt op de kleinste schaal. " hij zei.