筛选出带有荧光中心的纳米金刚石

  长期以来,科学家一直在努力提高使用激光移动小物体而不实际触摸它们的能力。这种“光学诱捕和操纵”方法已经在光学,生物科学和化学领域得到利用。但是,一旦对象增长到纳米级尺寸,它们将变得更加难以控制。

  现在,包括北海道大学的佐佐木敬司和大阪府大学以及大阪大学的石原肇二在内的一组科学家发现了一种使用反向激光移动直径约50纳米的金刚石纳米粒子的方法。他们的实验发表在《科学进展》杂志上,旨在进一步研究生物成像和量子计算等领域的应用开发。

筛选出带有荧光中心的纳米金刚石

  Sasaki说:“我们相信,我们的方法可以使新型的光力方法学研究先进的纳米材料和量子材料的特性,并开发出最先进的纳米器件。”

  纳米金刚石具有碳原子晶格,该碳原子晶格有时包含缺陷,其中两个相邻的碳原子被氮原子和空位(荧光中心)取代,这影响了它们的量子力学性能。纳米粒子根据其量子力学性质对光的反应不同。具有此荧光中心的纳米金刚石(共振纳米金刚石)吸收绿光并发出红色荧光,目前正在研究其在生物成像,传感和单光子源中的应用。没有荧光中心的纳米金刚石是非共振的。

  Sasaki和他的同事将光学纳米纤维浸泡在有或没有荧光中心的纳米金刚石溶液中。发出绿色激光穿过纳米纤维的一端,将单个带有荧光中心的纳米金刚石困住,并将其从激光中移走。

  当不同波长的激光照射到它们上时,谐振和非谐振纳米金刚石会沿相反的方向移动。图片来源:佐佐木启治(Keiji Sasaki)

  共振和非共振纳米金刚石向相反方向移动

  科学家证明,当绿色和红色激光从光学纳米纤维的相对侧照射到纳米金刚石上时,共振和非共振纳米金刚石的运动可以独立控制:对于非共振纳米金刚石,红色激光推动它们比绿色激光更强;但是,共振的光吸收了红色的激光,因此被绿色的激光更强烈地推动。因此,可以基于它们的光学性质对其进行分类。此外,可以通过观察它们在这些条件下的运动来量化共振纳米金刚石中荧光中心的数量。

  通过使用这种技术来捕获和操纵纳米金刚石,科学家已经证明了这一概念。他们的下一步将是将其应用于有机染料掺杂的纳米颗粒,该纳米颗粒可在生物检测系统中用作纳米探针。

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