(PhysOrg.com) - Många fysikaliska och kemiska processer som är nödvändiga för biologi och kemi sker vid gränsytan mellan vatten och fasta ytor. Forskare vid Los Alamos National Laboratory publicerar i Nature Nanotechnology har nu visat att halvledande kolnanorör - ljusemitterande cylindrar av rent kol - har potential att upptäcka och spåra enstaka molekyler i vatten.

Med hjälp av höghastighetsmikroskopisk avbildning, de fann att nanorör både kunde upptäcka och spåra rörelsen för enskilda molekyler när de bombarderar ytan vid vattengränssnittet. Traditionella tekniker för att undersöka molekyler på ytor kan inte användas i vatten eftersom studien kräver lågtrycksatmosfärer som man hittar i rymden. Teamet hoppas att deras arbete kommer att leda till praktiska, nanorörbaserad, enkelmolekyldetektorer i vattenbaserade biologiska och kemiska miljöer.

Molekylär rörelse och fastsättning på ytor är viktigt för att driva kemi som sträcker sig från produktion av ammoniak på metall till enzymatisk oxidation av glukos. Fästningen sker genom sporadisk rörelse följt av en kollision med ytan till vilken molekylen fastnar. Molekyler kan sedan röra sig längs ytan där de kan kollidera med andra molekyler och genomgå kemiska reaktioner.

I traditionella "ytvetenskap" -experiment avbildas dessa processer i ett vakuum där andra molekylära arter från luften inte kan göra bilden suddig. I lösningar som vatten, det har inte funnits något sätt att göra detta direkt. Följaktligen, forskare har letat efter ett material som kan användas i vatten för att upptäcka enskilda molekyler för ytvetenskapliga tillämpningar.

Inspirerat av denna utmaning ett team av Los Alamos -forskare (Jared Crochet, Juan Duque, Jim Werner, och Steve Doorn) vid LANL:s Center for Integrated Nanotechnologies utforskat med hjälp av ljusemitterande kolnanorör som detektorer. Med tekniker som utvecklats av andra, laget använde tvål och vatten för att stabilisera nanorören där de kunde avbildas direkt med en höghastighetsvideokamera. När de lyser med laserljus lyser dessa rör starkt, som långa glödpinnar.

När de glödande nanorören exponeras i vatten för olika kemikalier, forskarna såg att vissa fläckar i röret kortvarigt skulle gå ned när molekylerna bombade ytan. Detta gjorde att de kunde avgöra hur effektivt vissa molekyler skulle hålla fast vid ytan. Forskarna kunde också spåra molekylernas rörelse när de rörde sig längs ytan. Teamet undersöker nu hur kemiska reaktioner fortskrider på nanorörytor för att bättre förstå kemi vid vattengränssnittet för biologiska och kemiska applikationer.