Ett team av forskare under ledning av ETH Zürich-professorn David Norris har utvecklat en modell för att klargöra den allmänna mekanismen för bildandet av nanoblodplättar. Använder pyrit, de lyckades också bekräfta sin teori.

Forskare har forskat på lysande färgade kvantprickar (QDs) sedan 1980-talet. Dessa nanokristaller är nu en del av vår vardag:elektronikindustrin använder dem i LCD-tv-apparater för att förbättra färgåtergivning och bildkvalitet.

Kvantprickar är sfäriska nanokristaller gjorda av ett halvledarmaterial. När dessa kristaller upphetsas av ljus, de lyser grönt eller rött – beroende på storlek, vilket vanligtvis är mellan 2 och 10 nanometer. De sfäriska formerna kan framställas på ett mycket kontrollerat sätt.

Rektangulära ultratunna kristaller

Några år sedan, en ny typ av nanokristall fångade forskarnas uppmärksamhet mer eller mindre av en slump:nanotrombocyter. Som kvantprickar, dessa tvådimensionella strukturer är bara några få nanometer stora, men har en mer enhetlig lägenhet, rektangulär form. De är extremt tunna, ofta bara bredden på några atomlager, ger blodplättarna en av deras mest slående egenskaper – deras extremt rena färg.

Fram till nu har mekanismen som förklarar hur sådana blodplättar bildas varit ett mysterium. I samarbete med en USA-baserad forskare, ETH -professor David Norris och hans team har nu löst detta mysterium:"Vi vet nu att det inte finns någon magi i att producera nanoplateletter, bara vetenskap", betonade professorn i materialteknik.

I en studie som just publicerats i den vetenskapliga tidskriften Naturmaterial , forskarna visar hur kadmiumselenid nanotrombocyter antar sin speciella platta form.

Tillväxt utan mall

Forskare hade tidigare antagit att denna mycket exakta form krävde en typ av mall. Forskare misstänkte att en blandning av speciella föreningar och lösningsmedel producerade en mall där dessa platta nanokristaller sedan bildades.

Dock, Norris och hans kollegor hittade inga bevis för att sådana formmallar hade någon roll. Tvärtom, de fann att blodplättarna kan växa genom den enkla smältningen av råämnena kadmiumkarboxylat och selen, utan något som helst lösningsmedel.

Teoretisk tillväxtmodell utarbetad

Teamet tog sedan denna kunskap och utvecklade en teoretisk modell för att simulera tillväxten av blodplättarna. Tack vare denna modell, forskarna visar att en kristalliserad kärna sker spontant med bara några kadmium- och selenatomer. Denna kristalliserade kärna kan lösas upp igen och omkonfigureras i en annan form. Dock, när den har överskridit en kritisk storlek, det växer till en blodplätt.

Av energirelaterade skäl, den platta kristallen växer bara på sin smala sida, upp till 1, 000 gånger snabbare än på sin platta sida. Tillväxt på den platta sidan är betydligt långsammare eftersom det skulle involvera mer dåligt bundna atomer på ytan, kräver energi för att stabilisera dem.

Modell verifierad experimentellt

I sista hand, forskarna lyckades också bekräfta sin modell experimentellt genom att skapa pyrit (FeS2) nanotrombocyter i labbet. De producerade trombocyterna exakt enligt modellprognosen med hjälp av järn och svaveljoner som basämnen.

"Det är väldigt intressant att vi kunde producera dessa kristaller för första gången med pyrit, " säger Norris. "Det visade oss att vi kan utöka vår forskning till andra material." Kadmiumselenid är det vanligaste halvledarmaterialet som används i forskningen om nanokristaller, men det är mycket giftigt och därför olämpligt för dagligt bruk. Forskarnas mål är att producera nanoblodplättar gjorda av mindre giftiga eller giftfria ämnen.

Ge ytterligare utveckling grönt ljus

För närvarande, Norris kan bara spekulera om nanotrombocyternas framtida potential. Han säger att de kan vara ett intressant alternativ till kvantprickar då de erbjuder flera fördelar; till exempel, de kan generera färger som grönt bättre och ljusare. De överför också energi mer effektivt, vilket gör dem idealiska för användning i solceller, och de skulle också vara lämpliga för laser.

Dock, de har också flera nackdelar. Kvantprickar, till exempel, tillåter oändligt variabel färg genom bildandet av kristaller av varierande storlek. Inte så när det gäller blodplättar:på grund av skiktningen av atomskikten, färgen kan endast ändras stegvis. Lyckligtvis, denna begränsning kan mildras med vissa "tricks":genom inkapsling av blodplättarna i en annan halvledare, våglängden på det emitterade ljuset kan ställas in mer exakt.

Bara tiden kommer att utvisa om denna upptäckt kommer att locka bildskärmsindustrins intresse. Vissa företag använder för närvarande organisk LED-teknik (OLED), medan andra använder kvantprickar. Hur tekniken kommer att utvecklas är oklart. Dock, förmågan att undersöka ett brett utbud av nanoblodplättmaterial på grund av detta arbete kan ge halvledarnanokristallmetoden en ny kant.