利用类石墨烯材料氮化硼荧光特性科学家揭示纳米流体单分子行为之谜

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解开纳米有限空间中分子运动之谜的渲染图。 图片来源：蒂图安·韦伊莱特/洛桑联邦理工学院

纳米流体领域的一项发现可能会改变人们对最微小尺度分子行为的理解。瑞士洛桑联邦理工学院和英国曼彻斯特大学团队利用新发现的类石墨烯二维材料氮化硼的荧光特性，揭示了一个“隐藏的世界”。这种创新方法使科学家能追踪纳米流体结构内的单个分子，以前所未有的方式阐明它们的行为。该研究结果发表在新一期《自然·材料》杂志上。

由于传统显微镜技术的局限性，在有限的环境中探索单个分子的运动一直具有挑战性。这也阻碍了与之相关的实时传感和成像技术的发展，人们因此对分子特性的了解存在巨大空白。

氮化硼具有意想不到的特性，其与液体接触时具有卓越的发光能力。利用这一特性，团队成功地直接观察和追踪了纳米流体结构内单个分子的路径，为更深入地了解模拟生物系统条件下离子和分子的行为打开了大门。

该研究的核心在于六方氮化硼表面的单光子发射器发出的荧光。研究人员表示，表面缺陷可能是晶体结构中缺失的原子，其特性与原始材料不同，从而使它们在与某些分子相互作用时能够发光。进一步观察显示，当一个缺陷关闭时，它的一个“邻居”会亮起，因为与第一个位点结合的分子会跳到第二个位点。一步一步地，这使得重建整个分子轨迹成为可能。

团队利用显微镜技术的组合来监测颜色变化，并证明这些光发射器一次释放一个光子，能提供有关其周围环境的精确信息，其范围约为1纳米。这一突破使得这些发射器能够用作纳米级探针，从而揭示有限纳米空间内分子的排列。

这一发现的潜力是深远的，它可用来可视化由压力或电场引起的纳米级流动，从而带来更多动态应用。（张梦然）

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