Nedávno objevené světélkující vrstevnaté nanočástice mohou spustit celou řadu inovací v lékařské diagnostice a v bezpečnostní technologiích. Lze je například použít při výrobě ochranných neviditelných inkoustů pro tisk bankovek. Když na takový neviditelný nanoinkoust posvítí slabý infračervený laser, začne modře světélkovat. Tím se pozná, že bankovka je pravá.

Revoluce o třech vrstvách

Zásadní novinkou výzkumu, kterému šéfoval Paras Prasad, výkonný ředitel Institutu laserů, fotoniky a biofotoniky (ILPB) americké Univerzity v Buffalu, je vrstevnatost nanočástic. Nové nanočástice jsou totiž tvořeny vnější vrstvou z organického barviva a pláštěm s jádrem obsahujícími prvky ze skupiny vzácných zemin.

Když takto vrstevnaté nanočástice ozáří z blízka infračervené světlo, tak ho s rekordní účinností přemění na viditelné modré a ultrafialové záření o vyšších energiích. Díky tomuto zajímavému triku by mohly nalézt uplatnění například v přístrojích, které zobrazují tkáně hluboko uvnitř lidského těla, v terapiích založených na působení světlem nebo třeba při výrobě bezpečnostních inkoustů pro tisk bankovek.

Jak fungují vrstevnaté světélkující nanočástice?

Překlopit infračervené, tedy poměrně nízkoenergetické záření, na záření o vyšších energiích není úplně jednoduché. Je k tomu nutné chytit více fotonů o nízké energii a přeměnit je na jeden foton s vyšší energií. Právě vrstevnaté nanočástice to ale zvládají velmi šikovně. Každá z jejich vrstev v tom hraje specifickou roli.

Vnější vrstva těchto nanočástic z organického barviva funguje jako anténa. Lapá infračervené fotony a jejich energii posílá do vnitřních vrstev nanočástice. Plášť nanočástic pracuje jako rozhraní mezi anténou a jádrem nanočástic. Jádra obsahují ionty, které přijímají energii z pláště, absorbují ji a pak vyzáří jeden foton o vyšší energii. Proto ta modrá barva.

Jedna vrstva nestačí

Proč ale nestačí vytvořit nanočástice s jedinou vrstvou? Nebylo by to jednodušší? Bohužel ne, samotné jádro není totiž moc dobré v lapání fotonů. S organickou anténou mu to jde mnohem lépe. A když je kolem jádra vrstva antény, tak nanočástice potřebuje ještě rozhraní, v tomto případě plášť, které zařídí spolehlivý přenos energie z antény do jádra.

Světélkující nanočástice vylepší rentgen a ochrání bankovky

Výhody nanočástic světélkujících modře po aktivaci infračerveným zářením jsou použitelné v různých oborech. Například infračervené záření proniká dobře do lidského těla a použití barviva obsahujícího takové nanočástice by zajistilo velmi kontrastní snímky míst, které zajímají lékaře. další aplikace je uvedena v titulu článku. Pokud se tyto nanočástice použijí při výrobě ochranných  inkoustů pro tisk nových bankovek, tak takový inkoust nebude za normálních okolností lidským okem viditelný. Když na něj ale posvítí slabý infračervený laser, tak inkoust na bankovce začne modře světélkovat. Něco takového budou padělatelé napodobovat jen velice těžko.

Stanislav Mihulka

Video

Literatura

University of Buffalo 10. 11. 2015, Nano Letters 15: 7400–7407.