211service.com
Små glödlampor
Genom att deponera smala ljusemitterande fibrer på ett kiselsubstrat mönstrat med guldelektroder har forskare vid Cornell University skapat extremt små ljuskällor med dimensioner på bara några hundra nanometer. Fibrerna är gjorda av en polymer som är inbäddad med ljusemitterande molekyler, som lyser upp när de utsätts för ett elektriskt fält. När forskarna lägger spänning på elektroderna lyser fibern orange vid olika punkter, ungefär som julbelysning, säger Hector Abruna , en professor i kemi och kemibiologi vid Cornell som är en av projektets ledare.
Nanolampor: En ljusemitterande nanofiber spänner över guldelektroder som är 500 nanometer från varandra. När en spänning appliceras på elektroderna lyser en liten fläck på 240 gånger 325 kvadratnanometer i area.
Forskarna använder en enkel teknik som kallas elektrospinning för att lägga ner fibrerna direkt på substratet. Eftersom metoden är relativt enkel bör ljuskällorna vara lätta att integrera i lab-on-a-chip-enheter, där ljus kan användas för att detektera kemiska och biologiska molekyler, såsom läkemedel och proteiner, som kan märkas med fluorescerande färgämnen eller kan absorbera en del av ljuset. Och eftersom fibrerna är gjorda av polymerer kan de användas i flexibla displayer. Du kan föreställa dig dessa [fibrer] integrerade i kläder, säger George Malliaras , en Cornell materialvetenskap och ingenjörsprofessor som samarbetar i arbetet med Abruna och Harold Craighead vid Cornell's Center for Nanobiotechnology.
Den extremt lilla storleken på ljuskällorna kan också leda till nya metoder för att göra mikroskopi, säger Malliaras. Fibrerna sträcker sig från 150 nanometer till 5 mikrometer i diameter. Men de ljusavgivande fläckarna på fibrerna mäter 240 och 325 nanometer eller mindre. Detta gör ljuskällorna mindre än 600 nanometers våglängd på ljuset som de avger, en egenskap som skulle kunna utnyttjas för att utveckla nya mikroskopimetoder.
För att elektrospinna fibrerna placerar forskarna en liten droppe polymerlösning på en metallspets. Sedan applicerar de en spänningsskillnad mellan spetsen och kiselsubstratet, som etsas med guldelektroder och placeras några millimeter bort. Spänningen gör att droppen förlängs och bildar en stråle som strömmar ner till substratet. När det rör sig nedåt avdunstar lösningsmedlet och härdade polymerfibrer avsätts på det elektrodtäckta substratet.
Polymeren i detta fall innehåller ruteniumbaserade molekyler, som avger ljus när de utsätts för en elektrisk ström. När forskarna lägger en spänning på guldelektroderna lyser små fläckar på fibersträckorna som spänner över intilliggande elektroder orange. Vid höga spänningar på 100 volt är ljuset tillräckligt starkt för att forskarna kan se det i mörker trots sändarens ringa storlek. Jag skulle säga att [detta] är ett genombrott i hur nanostora ljuskällor tillverkas, säger Stefan Bernhard , en kemiprofessor vid Princeton University.
Elektrospinningstekniken erbjuder flera fördelar. Med metoden ska man kunna göra fibrer med diametrar på 50 nanometer eller mindre, vilket kan leda till ännu mindre ljuskällor, säger Malliaras. Dessutom borde tekniken göra det relativt enkelt att tillverka ljussändare i nanoskala på praktiska lab-on-a-chip-enheter, även om man fortfarande skulle behöva etsa guldelektroderna.
Den utmärkande och extremt intressanta aspekten av detta arbete är den lilla storleken på ljuskällorna de beskriver, säger John de Mello , som forskar om organiska ljusavgivande enheter i nanoskala vid Imperial College London. Fram till nu har organiska ljusemitterande enheter vanligtvis varit ungefär en kvadratmillimeter stora, säger han, vilket är idealiskt för vanliga laboratorie-på-ett-chip-applikationer, som att upptäcka bakterier eller proteiner. Men de nanometerstora ljuskällorna skulle vara viktiga för nischapplikationer som kräver hastighet och en mycket liten upplösning - till exempel att övervaka hur en kemisk reaktion fortskrider när kemikalier strömmar genom mikrofluidkanaler. Detta tillvägagångssätt erbjuder ett sätt att dramatiskt förbättra upplösningen av sådana mätningar, säger de Mello.
Mycket forskning återstår dock att göra. För alla praktiska tillämpningar skulle forskarna behöva exakt kontrollera arrangemanget av fibrerna på kiselsubstratet. Men arbetet är ett första steg i att göra ljuskällor i nanoskala med en enkel metod, säger Malliaras.
Säger de Mello, när det väl är känt att det finns en billig väg för att tillverka ljuskällor med undervåglängd, kan du vara säker på att någon kommer att kunna använda dem. Det är den verkliga spänningen i den här typen av arbete.