Исследователи случайно натолкнулись на простой и дешевый метод получения частиц одно- и многослойного графена, способных светиться подобно квантовым точкам. Эти маленькие хлопья, представляющие собой один, два и три слоя атомов углерода могут стать менее токсичной альтернативой металлосодержащим квантовым точкам, использующимся для отображения клеток.

Для введения меток в белки и другие клеточные структуры исследователи часто применяют квантовые точки из теллурида кадмия, сульфида свинца или арсенида кадмия, при синтезе которых могут образовываться отходы, содержащие токсичные металлы. Также состав этих квантовых точек заставляет исследователей беспокоиться о том, что такие квантовые точки могут способствовать накоплению в изучаемых клетках ионов токсичных металлов.

Квантовые точки на углеродной основе с точки зрения токсичности менее опасны, однако их гораздо более сложно получать.

Рис. 1. Графеновые квантовые точки
флуоресцируют зеленым в цитозоле клеток
рака груди. Ядра клеток подсвечены с помощью
голубого красителя. (Рисунок из Nano Lett.,
DOI: 10.1021/nl2038979).

Вей Гао (Wei Gao) и Пуликель Аджаян (Pulickel Ajayan) из Университета Райса в попытке получения материалов для запасания энергии случайно синтезировали графеновые квантовые точки из углеродных волокон – после обработки волокон кислотой исследователи обнаружили небольшую порцию квантовых точек.

Внешние стенки углеродных волокон, использованных в качестве исходных соединений, содержали фрагменты графена. Обработка исходных волокон смесью горячей азотной и серной кислотами позволяла разрушить волокна и получить углеродсодержащие частицы, диаметр которых составлял от 1 до 5 нм.

Кислотная смесь также способствовала окислению кромки графеновых частиц до оксида графена. В отличие от больших по размеру листов графена, небольшие частицы этого материала могут излучать свет.

Было обнаружено, что длина волны света эмиссии графеновых квантовых точек зависит от их размера и строения их кромок. При изменении температурного режима взаимодействия кислот с углеродными волокнами появляется возможность менять их физические свойства, проводя плавную подстройку длины волны цвета эмиссии квантовых точек.

Для изучения токсичности материалов исследователи вводили в линию клеток рака груди графеновые квантовые точки двух типов – дающих флуоресцентное синее или флуоресцентное зеленое излучение. Было обнаружено, что размножение и рост клеток происходит одинаково как в отсутствии, так и в присутствии графеновых квантовых точек.

Викас Берри (Vikas Berry), специалист по наноматериалам из Университета Канзаса оценивает новый метод как значительный шаг по направлению к созданию метода быстрого и эффективного получения графеновых точек, подчеркивая, что прежние способы получения графеновых квантовых точек из углеродных волокон представляли собой более гораздо более сложную последовательность экспериментальных операций.