Новая нанотехнология определяет химический состав и структуру примесей в воздухе, жидкости и живых тканях

31 июля 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

рецензируемое издание

надежный источник

корректура

Университетом Бата

Используя традиционные методы тестирования, может быть сложно, а иногда и невозможно, обнаружить вредные загрязнения, такие как нанопластики, загрязнители воздуха и микробы, в живых организмах и природных материалах. Эти загрязняющие вещества иногда обнаруживаются в таких крошечных количествах, что тесты не могут их надежно обнаружить.

Однако вскоре ситуация может измениться. Новые нанотехнологии (основанные на «перекрученном» состоянии света) обещают облегчить определение химического состава примесей и их геометрической формы в образцах воздуха, жидкости и живых тканей.

Международная группа ученых под руководством физиков из Университета Бата вносит свой вклад в разработку этой технологии, которая может проложить путь к новым методам мониторинга окружающей среды и передовым лекарствам. Их работа опубликована в журнале Advanced Materials.

Новый метод химического обнаружения основан на взаимодействии света и вещества, известном как эффект Рамана. Эффект комбинационного рассеяния света возникает, когда материал, освещенный определенным цветом света, рассеивается и меняет свет на множество слегка разных цветов. По сути, он создает мини-радугу, которая зависит от того, как вибрируют атомы внутри материалов.

Измерение цветов рамановской радуги выявляет отдельные атомные связи, поскольку молекулярные связи имеют различные образцы колебаний. Каждая связь внутри материала производит свое собственное уникальное изменение цвета по сравнению с изменением цвета освещения. В целом цвета рамановской радуги служат для обнаружения, анализа и мониторинга химического состава (химических связей) сложных молекул, например, тех, которые содержатся в смесях загрязнителей окружающей среды.

«Эффект Рамана служит для обнаружения пестицидов, фармацевтических препаратов, антибиотиков, тяжелых металлов, болезнетворных микроорганизмов и бактерий. Он также используется для анализа отдельных атмосферных аэрозолей, которые влияют на здоровье человека и климат», — сказал доктор Робин Джонс с факультета физики в Бате. кто является первым автором исследования.

В свою очередь, соавтор профессор Лиу Чжан с факультета экологических наук Фуданьского университета в Китае заявил: «Загрязнители воды, даже в следовых количествах, могут накапливаться в живых организмах по биологической цепочке. Это представляет угрозу здоровью человека, благополучию животных. и дикой природы. Как правило, очень сложно точно определить химический состав сложных смесей».

Профессор Венцислав Валев из Бата, возглавлявший исследование, добавил: «Необходимо понимать сложные, потенциально вредные загрязнители окружающей среды, чтобы мы могли научиться разлагать их на безвредные компоненты. Но дело не только в том, какие они атомы. То, как расположены атомы, имеет большое значение — оно может иметь решающее значение для поведения молекул, особенно в живых организмах.

«Наша работа направлена ​​на разработку новых способов, с помощью которых эффект Рамана может рассказать нам о том, как расположены атомы в пространстве, и теперь мы сделали важный технологический шаг, используя крошечные спиралевидные антенны, сделанные из золота».

Эффект комбинационного рассеяния света очень слаб — только один из 1 000 000 фотонов (световых частиц) подвергается изменению цвета. Чтобы усилить его, ученые используют миниатюрные антенны, изготовленные на наноуровне, которые направляют падающий свет на молекулы. Часто эти антенны изготавливаются из драгоценных металлов, и их конструкция ограничена возможностями нанопроизводства.