Китайці отримали флуоресцентні вуглецеві наночастинки з помідорів

Китайські вчені виявили, що помідори можна використовувати як дешеве джерело вуглецю для флуоресцентних наночастинок. За результатами дослідження, опублікованого в журналі, отримані з помідорів «вуглецеві точки» не поступаються за своїми показниками частинкам, отриманим іншими методами.

Завдяки своїм оптичним властивостям флуоресцентні вуглецеві наночастинки (або вуглецеві точки - carbon dots) вже зараз використовуються як біосенсори або флуоресоті мітки для отримання зображень живих клітин і тканин. Крім цього, їх також пропонують використовувати для доставки ліків, каталізу та медичної діагностики. Основною перевагою вуглецевих наночастинок перед, наприклад, більшістю квантових точок, є їх нетоксичність. При цьому вони мають не меншу стійкість оптичних властивостей. Точний механізм роботи вуглецевих точок все ще викликає суперечки серед вчених, але основною причиною появи у них люменісцентних властивостей зазвичай називають вплив на електронну структуру хімічного складу поверхні.

Китайські хіміки під керівництвом Цзіньпіна Вана (Jinping Wang) з Сільськогосподарського університету Циндао запропонували використовувати для отримання таких частинок помідори. Згідно з описаною вченими методикою, помідори нарізали шматочками і поміщали в гомогенізатор для біологічних тканин. Отриману однорідну масу потім розчиняли у воді і піддавали піролізу в мікрохвильовій печі. Після цього з отриманої суміші за допомогою центрифугування і діалізу можна отримати монодисперсний порошок з частинками розміром близько 5 нанометрів.

Подальша хімічна обробка поверхні частинок дозволила вченим отримати три типи флуоресцентних частинок: чисті вуглецеві наночастинки, поверхня яких покрита, в основному карбоксильними групами, і частинки з поверхнею, модифікованою сечовиною або етилендіаміном. Сечовина і етилендіамін додавалися для збільшення кількості аміногруп, які за рахунок своїх нуклеофільних властивостей призводять до стабілізації хімічного складу частинок і підвищення квантового виходу флуресценції.

Отримані наночастинки були досліджені за допомогою традиційних методів, які дозволяють оцінити склад, структуру та оптичні властивості: просвічуючої електронної мікроскопії, рентгенодифракційного аналізу та спектроскопії у видимій та ультра-фіолетовій частинах спектру. Виявилося, що отримані вуглецеві точки дійсно є флуоресцентними і можуть бути в подальшому використані в якості, наприклад, міток, що світяться, або біосенсорів. При цьому хімічна модифікація їх поверхні дозволила сильно зменшити ширину піку випромінювання і підвищити квантовий вихід. Найбільш ефективним для підвищення якості наночастинок виявилося використання сечовини.

Синтезовані вуглецеві точки успішно пройшли перевірку на практиці: за допомогою них вченим спочатку вдалося отримати зображень клітин патогенних грибів, а потім виявити в рідкому середовищі ванілін і визначити його концентрацію. За словами авторів дослідження, основна перевага використання помідорів - їх доступність і невисока ціна. При цьому чому серед усіх доступних овочів були обрані саме помідори, вчені не уточнюють.

Помідори - далеко не єдине природне джерело вуглецю, яке потім можна використовувати для технологічних додатків. Наприклад, нещодавно фізики запропонували отримувати пористий матеріал для іоністорів з опалого листя.