Лаборатория «Структура - Активность нормальных и патологических биомолекул - SANPB», Inserm/UEVE U829 (Genopole Evry, Франция) в сотрудничестве с Центром материалов Mines-ParisTech (Evry, Франция), NRG - UMR 5060 CNRS/UTBM (Технологический университет Бельфор-Монбельяр) и Физический институт Штутгартского университета (Германия) открыли новый способ изготовления флуоресцентных наночастиц из микрокристаллов алмаза.
Флуоресценция является основным инструментом в науках о жизни и материалах. В биологии/медицине связывание флуоресцентных красителей с белками или нуклеиновыми кислотами (РНК, ДНК) позволяет исследовать их судьбу и взаимодействие в культивируемых клетках или в организме. Точно так же флуоресценция используется в материаловедении для обнаружения электромагнитных полей, для оптического хранения или отслеживания (в частности, для обнаружения поддельных продуктов). Однако большинство флуоресцентных красителей состоят из молекул с ограниченным сроком жизни из-за химической активности.
В этом контексте флуоресцентные алмазные наночастицы представляют собой ценную альтернативу благодаря своим выдающимся фотофизическим свойствам. Они очень яркие и обладают долговременной не обесцвечивающей, немигающей флуоресценцией в красном/ближнем ИК-диапазоне. Основываясь на этих уникальных свойствах, предполагается множество приложений в физике, материаловедении, биохимии и биологии. Однако до недавнего времени производство таких наночастиц ограничивалось лабораторией.
В настоящее время используется единственный способ изготовления таких флуоресцентных наночастиц. Он заключается в облучении нанокристаллов замещенного азота алмаза, производимых алмазной промышленностью, электронными или ионными пучками для создания вакансий в кристаллической решетке. Затем изолированные замещающие атомы азота захватывают движущуюся вакансию во время отжига, образуя флуоресцентный NV-центр. К сожалению, эффективность и выход этого пути низки из-за аморфизации и потери движущихся вакансий на поверхности во время облучения и отжига.
Обработка микрокристаллов алмаза сверху вниз, которые менее склонны к аморфизации и потере вакансий, могла бы обеспечить более промышленно масштабируемый маршрут. Однако в этом случае приходится преодолевать два барьера - трудности облучения больших количеств материала и превращения микроалмазов в нанокристаллы при сохранении флуоресцентных свойств и кристаллической структуры..
В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Nanotechnology, исследователи из Франции и Германии успешно изучили этот альтернативный путь получения гомогенных образцов чистых и очень маленьких флуоресцентных алмазных наночастиц с высоким выходом. Процедура изготовления начинается с облучения точно контролируемых алмазов микронного размера и требует последующих этапов измельчения и очистки. В этом новом процессе азотсодержащие микроалмазы замещения с определенным атомным составом облучали высокоэнергетическим электронным пучком, а затем отжигали при высокой температуре (800 °C) для создания желаемых фотолюминесцентных центров в неповрежденной алмазной решетке. Оригинальный протокол двухэтапного измельчения был разработан для преобразования флуоресцентного микроалмаза в очень маленькие (до 4 нм) наночастицы круглой формы из высокочистого алмаза sp3 с очень яркими и стабильными фотолюминесцентными центрами.
Такой тонкий процесс изготовления теперь можно использовать для крупномасштабного производства флуоресцентных алмазных наночастиц. Можно варьировать и адаптировать их свойства с помощью состава исходного материала, чтобы удовлетворить потребности будущих приложений. Эти флуоресцентные алмазные наночастицы открывают реалистичные перспективы для очень долгосрочной маркировки, количественной биологии и инновационных приложений нанотехнологий в композитах, оптоэлектронике или аналитической химии..