Химики из Университета ИТМО и Тринити Колледжа обнаружили хиральность у квантовых точек селенида кадмия, покрытых сульфидом цинка. Вместе с тем, авторам удалось разработать методику специфического получения одного оптического изомера кристаллов из двух возможных. Об этом сообщает пресс-релиз, поступивший в редакцию N+1, работы ученых опубликованы в журналах Nano Letters и Nature Protocols.

Структуры «правых» и «левых» квантовых точек селенида кадмия. Изображение: Университет ИТМО

Авторы работы установили, что считавшиеся ранее одинаковыми наночастицы халькогенидов кадмия на самом деле представляют собой смесь двух типов кристаллов, являющихся зеркальным отражением друг друга — это явление называется хиральностью. Такие частицы и их растворы по разному взаимодействуют со светом и вызывают в нем вращение плоскости поляризации, причем на одинаковый угол, но в разные стороны, условно «влево» и «вправо». Ранее ученые не обнаруживали этого эффекта, поскольку в процессе синтеза образовывалось равное количество нанокристаллов одного и другого типа, взаимно компенсировавших это вращение.

Различия в структурах квантовых точек CdSe/ZnS. Сверху: изображения, полученные методом просвечивающей электронной микроскопии, снизу соответствующие структуры кристаллов. Изображение: Maria V. Mukhina et al. / Nano Letters

В новом эксперименте химики синтезировали смесь нанокристаллов и поместили ее в систему из двух несмешивающихся жидкостей — хлороформа и воды. Сами по себе квантовые точки не растворяются в воде и предпочтительно находятся в хлороформе, однако если добавить к раствору цистеин — одну из природных аминокислот, обладающих хиральностью — он помогает частицам переходить из органического слоя в водный, прикрепляясь к их поверхности.

Оказалось, что если охладить раствор и в определенный момент прервать процесс перевода нанокристаллов из одной фазы в другую, можно добиться ситуации, когда ансамбль нанокристаллов поровну поделится между фазами. При этом «левые» и «правые» нанокристаллы оказываются в разных фазах, после чего их легко разделить. Важно отметить, что после удаления с поверхности кристаллов молекул цистеина хиральность кристаллов сохранялась.

«Во всем мире существует огромная потребность в новых способах получения хиральных наночастиц. Мы рассчитываем, что наш метод найдет применение в биофармацевтике, нанобиотехнологии, нанотоксикологии и биомедицине, в особенности для медицинской диагностики и адресной доставки лекарств. По сути, если все наночастицы действительно хиральны, то при взаимодействии с биологическим объектом 50% смеси наночастиц проникнут в него, в то время как другие 50% останутся снаружи. Для нанотоксикологии, например, такой вывод имеет критическое значение, а раньше этого никто не учитывал. Кроме того, поскольку квантовые точки могут сами испускать левовращающий и правовращающий поляризованный свет, возможность их эффективного изготовления позволит разработать совершенно революционные устройства – голографические дисплеи с трехмерным изображением и многое другое» — Юрий Гунько, профессор Тринити-Колледжа и соавтор работы

Квантовыми точками называются кристаллы полупроводниковых материалов, имеющими размеры порядка единиц и десятков нанометров. Благодаря своим небольшим размерам они обладают рядом интересных свойств, например, окраска растворов квантовых точек меняется при изменении размера частиц. Для этих нанообъектов существует ряд потенциальных применений, в частности, в качестве светоизлучающих элементов экранов.