Vetenskapen bakom kolnanorörs fluorescens: avslöjar mysteriet med ljusemission vid molekylbindning

StockholmForskare har upptäckt varför kolnanorör lyser upp när de binder till vissa molekyler. Dessa nanorör kan bli mycket användbara i biosensorer för att övervaka blodsocker och testa för COVID-19. Vatten är en avgörande faktor. När nanorören möter målämnen avger de ljus vars intensitet förändras beroende på mängden av ämnet som finns. Denna upptäckt gjordes av team från Ruhr-universitetet i Bochum, Tyskland och University of Texas i El Paso.

Viktiga insikter från studien:

Kolnanorör fungerar som biosensorer genom att ändra sin fluorescens när de binder till specifika molekyler. Forskning med hjälp av terahertz-spektroskopi har visat att vatten har en avgörande betydelse för denna fluorescens. Vattenmolekylerna som omger nanorören, även kända som hydratiseringsskal, spelar en central roll i emissionsprocessen.

Enväggiga kolnanorör kan modifieras med biopolymerer eller DNA-fragment för att specifikt rikta in sig på vissa molekyler. Detta gör dem användbara för att detektera signalsubstanser och andra biologiska markörer. Detektionsmetoden var tidigare oklar, men denna studie förtydligar den.

Läs också:

Idag · 18:07

Ny forskning visar hur översvämningsrisk påverkar fastighetsvärden i riskområden i Richmond.

Upptäckten visar att sättet som kolnanorör interagerar med vatten runt dem är mycket viktigt. När ett nanorör fäster vid en annan substans, förändras dess interna energi och kopplas till de närliggande vattenmolekylerna. Denna energiinteraktion påverkar hur starkt nanorörets fluorescens är. Om ett nanorör blir ljusare, överför det mindre energi till vattnet. Om det blir mörkare, ger det mer energi till vattnet.

Studien använde terahertz-spektroskopi för att möjliggöra för forskare att observera hur energi rör sig. Denna metod belyste vattnets betydelse, med fokus på miljön runt nanotuben istället för själva nanotuben. Dessa upptäckter bidrar till utvecklingen av bättre biosensorer.

Forskare tror att insikt om denna interaktion kan bidra till att utveckla bättre biosensorer. Genom att ta hänsyn till denna interaktion med hydrationsskal kan framtida biosensorer utformas för att fungera mer effektivt och tillförlitligt. Detta är särskilt viktigt inom medicinska tester och biokemiska studier där noggrannhet och känslighet är avgörande.

Den tyska forskningsstiftelsen, VolkswagenStiftung och National Science Foundation finansierade studien. Detta samarbete visar vikten av att kombinera olika områden för att främja vetenskaplig kunskap. Forskare har nu möjlighet att förbättra biosensorteknik, vilket kan förändra sättet vi övervakar och diagnostiserar medicinska tillstånd.