211service.com
Kleine gloeilampen
Door smalle lichtemitterende vezels op een siliciumsubstraat met gouden elektroden te deponeren, hebben onderzoekers van Cornell University extreem kleine lichtbronnen gemaakt met afmetingen van slechts een paar honderd nanometer. De vezels zijn gemaakt van een polymeer dat is ingebed met lichtgevende moleculen, die oplichten wanneer ze worden blootgesteld aan een elektrisch veld. Wanneer de onderzoekers spanning op de elektroden toepassen, gloeit de vezel op verschillende punten oranje, net als kerstverlichting, zegt Hector Abruna , een professor scheikunde en chemisch-biologie aan Cornell, een van de leiders van het project.
Nano-lampen: Een lichtemitterende nanovezel omspant gouden elektroden die 500 nanometer van elkaar verwijderd zijn. Als er spanning op de elektroden wordt gezet, licht een klein stipje van 240 bij 325 vierkante nanometer op.
De onderzoekers gebruiken een rechttoe rechtaan techniek genaamd electrospinning om de vezels direct op het substraat te leggen. Omdat de methode relatief eenvoudig is, moeten de lichtbronnen gemakkelijk te integreren zijn in lab-on-a-chip-apparaten, waar licht kan worden gebruikt om chemische en biologische moleculen te detecteren, zoals medicijnen en eiwitten, die kunnen worden gelabeld met fluorescerende kleurstoffen of een deel van het licht kan absorberen. En omdat de vezels van polymeren zijn gemaakt, kunnen ze worden gebruikt in flexibele displays. Je kunt je voorstellen dat deze [vezels] in kleding zijn geïntegreerd, zegt George Malliaras , een Cornell-professor materiaalwetenschappen en techniek die aan het werk samenwerkt met Abruna en Harold Craighead bij Cornell's Center for Nanobiotechnology.
De extreem kleine omvang van de lichtbronnen zou ook kunnen leiden tot nieuwe benaderingen voor microscopie, zegt Malliaras. De vezels hebben een diameter van 150 nanometer tot 5 micrometer. Maar de lichtgevende vlekken op de vezels meten 240 en 325 nanometer of minder. Dit maakt de lichtbronnen kleiner dan de golflengte van 600 nanometer van het licht dat ze uitstralen, een eigenschap die kan worden benut om nieuwe microscopiemethoden te ontwikkelen.
Om de vezels te elektrospinnen, plaatsen de onderzoekers een klein druppeltje polymeeroplossing op een metalen naaldpunt. Vervolgens brengen ze een spanningsverschil aan tussen de punt en het siliciumsubstraat, dat wordt geëtst met gouden elektroden en een paar millimeter verder wordt geplaatst. De spanning zorgt ervoor dat de druppel langwerpig wordt en een straal vormt die naar het substraat stroomt. Terwijl het naar beneden beweegt, verdampt het oplosmiddel en worden geharde polymeervezels afgezet op het met elektrode bedekte substraat.
Het polymeer bevat in dit geval op ruthenium gebaseerde moleculen, die licht uitstralen wanneer ze worden blootgesteld aan een elektrische stroom. Wanneer de onderzoekers een spanning op de gouden elektroden toepassen, gloeien kleine vlekken op de stukken vezel die aangrenzende elektroden overspannen oranje op. Bij hoge spanningen van 100 volt is het licht zo helder dat de onderzoekers het ondanks het kleine formaat van de zenders in het donker kunnen zien. Ik zou zeggen dat [dit] een doorbraak is in de manier waarop lichtbronnen van nanogrootte worden gemaakt, zegt Stefan Bernhard , een scheikundeprofessor aan de Princeton University.
De elektrospintechniek biedt meerdere voordelen. Met de methode moet je vezels kunnen maken met een diameter van 50 nanometer of minder, wat kan leiden tot nog kleinere lichtbronnen, zegt Malliaras. Bovendien zou de techniek het fabriceren van lichtemitters op nanoschaal op praktische lab-on-a-chip-apparaten relatief eenvoudig moeten maken, hoewel men nog steeds de gouden elektroden zou moeten etsen.
Het onderscheidende en buitengewoon interessante aspect van dit werk is de minuscule grootte van de lichtbronnen die ze beschrijven, zegt John de Mello , die onderzoek doet naar organische lichtemitterende apparaten op nanoschaal aan het Imperial College London. Tot nu toe waren organische lichtemitterende apparaten doorgaans ongeveer een vierkante millimeter groot, zegt hij, wat ideaal is voor standaard lab-on-a-chip-toepassingen, zoals het detecteren van bacteriën of eiwitten. Maar de lichtbronnen van nanometerformaat zouden belangrijk zijn voor nichetoepassingen die snelheid en een zeer kleine resolutie vereisen, bijvoorbeeld om te controleren hoe een chemische reactie verloopt terwijl chemicaliën door microfluïdische kanalen stromen. Deze aanpak biedt een manier om de resolutie van dergelijke metingen drastisch te verbeteren, zegt de Mello.
Er moet echter nog veel onderzoek worden gedaan. Voor elke praktische toepassing zouden de onderzoekers de plaatsing van de vezels op het siliciumsubstraat nauwkeurig moeten regelen. Maar het werk is een eerste stap in het maken van lichtbronnen op nanoschaal met een eenvoudige methode, zegt Malliaras.
Zegt de Mello, als eenmaal bekend is dat er een goedkope manier is om lichtbronnen met een subgolflengte te maken, kun je er zeker van zijn dat iemand er een toepassing voor zal vinden. Dat is de echte opwinding van dit soort werk.