利用類石墨烯材料氮化硼熒光特性，科學(xué)家揭示納米流體單分子行為之謎

納米流體領(lǐng)域的一項(xiàng)發(fā)現(xiàn)可能會改變?nèi)藗儗ψ钗⑿〕叨确肿有袨榈睦斫?。瑞士洛桑?lián)邦理工學(xué)院和英國曼徹斯特大學(xué)團(tuán)隊(duì)利用新發(fā)現(xiàn)的類石墨烯二維材料氮化硼的熒光特性，揭示了一個(gè)“隱藏的世界”。這種創(chuàng)新方法使科學(xué)家能追蹤納米流體結(jié)構(gòu)內(nèi)的單個(gè)分子，以前所未有的方式闡明它們的行為。該研究結(jié)果發(fā)表在新一期《自然·材料》雜志上。

由于傳統(tǒng)顯微鏡技術(shù)的局限性，在有限的環(huán)境中探索單個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)一直具有挑戰(zhàn)性。這也阻礙了與之相關(guān)的實(shí)時(shí)傳感和成像技術(shù)的發(fā)展，人們因此對分子特性的了解存在巨大空白。

氮化硼具有意想不到的特性，其與液體接觸時(shí)具有卓越的發(fā)光能力。利用這一特性，團(tuán)隊(duì)成功地直接觀察和追蹤了納米流體結(jié)構(gòu)內(nèi)單個(gè)分子的路徑，為更深入地了解模擬生物系統(tǒng)條件下離子和分子的行為打開了大門。

該研究的核心在于六方氮化硼表面的單光子發(fā)射器發(fā)出的熒光。研究人員表示，表面缺陷可能是晶體結(jié)構(gòu)中缺失的原子，其特性與原始材料不同，從而使它們在與某些分子相互作用時(shí)能夠發(fā)光。進(jìn)一步觀察顯示，當(dāng)一個(gè)缺陷關(guān)閉時(shí)，它的一個(gè)“鄰居”會亮起，因?yàn)榕c第一個(gè)位點(diǎn)結(jié)合的分子會跳到第二個(gè)位點(diǎn)。一步一步地，這使得重建整個(gè)分子軌跡成為可能。

團(tuán)隊(duì)利用顯微鏡技術(shù)的組合來監(jiān)測顏色變化，并證明這些光發(fā)射器一次釋放一個(gè)光子，能提供有關(guān)其周圍環(huán)境的精確信息，其范圍約為1納米。這一突破使得這些發(fā)射器能夠用作納米級探針，從而揭示有限納米空間內(nèi)分子的排列。

這一發(fā)現(xiàn)的潛力是深遠(yuǎn)的，它可用來可視化由壓力或電場引起的納米級流動(dòng)，從而帶來更多動(dòng)態(tài)應(yīng)用。