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(noticias nanowerk) Investigadores de la Universidad de Manchester y la École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL), Suiza, han presentado un enfoque innovador para seguir la dinámica de moléculas individuales en estructuras nanofluídicas y arrojar luz sobre su respuesta a las moléculas de una manera sin precedentes.
La nanofluídica, el estudio de líquidos en los espacios más pequeños, ofrece información sobre el comportamiento de los líquidos a escala nanométrica. Sin embargo, estudiar el movimiento de moléculas individuales en entornos tan confinados ha sido un desafío debido a las limitaciones de las técnicas de microscopía tradicionales. Este obstáculo impidió la adquisición y la obtención de imágenes en tiempo real y dejó importantes lagunas en nuestro conocimiento de las propiedades moleculares de la inclusión.
Un equipo dirigido por la profesora Radha Boya del Departamento de Física de la Universidad de Manchester está fabricando nanocanales, de entre uno y unos pocos átomos de espesor, como bloques de construcción a partir de materiales bidimensionales.
El profesor Boya dijo: «Ver para creer, pero no es fácil ver los efectos del confinamiento a esta escala». Fabricamos estos canales extremadamente delgados en forma de rendijas, y el estudio actual muestra una manera elegante de hacerlos visibles a través de alta resolución. microscopía cercana.»
Los resultados del estudio se publicarán en la revista. materiales naturales(“Emisión cuántica activada por líquido a partir de nitruro de boro hexagonal impecable para sensores nanofluídicos”).
La asociación con el equipo de EPFL permitió el estudio óptico de estos sistemas y descubrió evidencia del ordenamiento de fluidos inducido por el confinamiento.
Gracias a una propiedad inesperada del nitruro de boro, un material 2D similar al grafeno que tiene una notable capacidad para emitir luz al entrar en contacto con líquidos, investigadores del Laboratorio de Biología a Nanoescala (LBEN) de la EPFL han podido observar y monitorear directamente los caminos de los individuos. rastrear moléculas dentro de estructuras nanofluídicas.
Este descubrimiento abre la puerta a una comprensión más profunda de cómo se comportan los iones y las moléculas en condiciones que imitan los sistemas biológicos.
La profesora Aleksandra Radenovic, directora del LBEN, explica: “Los avances en la fabricación y la ciencia de los materiales nos han permitido controlar el transporte de líquidos e iones a nanoescala. Sin embargo, nuestra comprensión de los sistemas de nanofluidos seguía siendo limitada porque la microscopía óptica convencional no podía penetrar las estructuras subyacentes”. El límite de difracción. Nuestra investigación ahora arroja luz sobre los nanofluidos y ofrece información sobre un área que antes era en gran medida desconocida”.
Esta nueva comprensión de las propiedades moleculares ofrece aplicaciones interesantes, incluida la capacidad de obtener imágenes directamente de sistemas nanofluídicos emergentes en los que los fluidos exhiben comportamientos no convencionales bajo presión o estímulos de estrés.
El núcleo de la investigación reside en la fluorescencia que emana de los emisores monofotónicos situados en la superficie del nitruro de boro hexagonal.
El estudiante de doctorado de LBEN, Nathan Ronceray, dijo: «Esta activación de fluorescencia fue inesperada ya que ni el nitruro de boro hexagonal (hBN) ni el líquido por sí solos muestran fluorescencia visible». Lo más probable es que surja de moléculas que interactúan con defectos superficiales en el cristal de hBN, pero aún no lo sabemos. Estoy seguro del mecanismo exacto.
dr. Yi You, postdoctorado en la Universidad de Manchester, diseñó los nanocanales de modo que los líquidos confinados estén a sólo unos pocos nanómetros de la superficie del hBN, que tiene algunos defectos.
Los defectos superficiales pueden ser la falta de átomos en la estructura cristalina que tienen propiedades diferentes al material original, dándoles la capacidad de emitir luz al interactuar con ciertas moléculas.
Los investigadores también observaron que cuando se desactiva un defecto, uno de sus vecinos se enciende porque la molécula unida al primer sitio salta al segundo. De esta manera se pueden reconstruir paso a paso trayectorias moleculares completas.
Utilizando una combinación de técnicas de microscopía, el equipo supervisó los cambios de color y demostró con éxito que estos emisores de luz emiten fotones en secuencia, proporcionando información precisa sobre su entorno inmediato con una precisión de aproximadamente un nanómetro. Este avance permite que estos emisores se utilicen como sondas a nanoescala que arrojan luz sobre la disposición de las moléculas dentro de espacios nanométricos confinados.
El potencial de este descubrimiento es de gran alcance. Nathan Ronceray imagina aplicaciones que van más allá de la detección pasiva.
Dijo: «Hemos observado principalmente el comportamiento de las moléculas que contienen hBN sin interactuar activamente con ellas, pero creemos que podría usarse para visualizar flujos a nanoescala inducidos por presión o campos eléctricos».
«Esto podría conducir a aplicaciones más dinámicas para imágenes y sensores ópticos en el futuro, y proporcionar información sin precedentes sobre el complejo comportamiento de las moléculas dentro de estos espacios confinados».
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