Massi jälgimine karmides keskkondades nõuab asendusosakesi, mis peavad sündmusele vastu ja kestavad kuni proovide võtmiseni. Teadlased on varem teatanud tugevate tahkete osakeste märgistusainete vastupidavusest plahvatuste ajal.
Uues uuringus autor Vaikse ookeani loodeosa riiklik labor (PNNL) on teadlased loonud tugevad märgistusosakesed, mis võivad äärmuslikes tingimustes ellu jääda ja areneda.
Fluorestseeruvaid värvaineid ja muid orgaanilisi materjale kasutatakse sageli bioloogilistes uuringutes märgistusainetena rakkude asukoha kindlakstegemiseks ja veelekete tuvastamiseks. Need toimivad teatud olukordades suurepäraselt, kuid plahvatusmaterjalide leidmisel on nad vähem tõhusad. Nende probleem on: nad põlevad.
Selles uuringus keskendusid teadlased orgaaniliste materjalide kasutamise asemel anorgaanilistele materjalidele, et töötada välja oma vastupidavad märgistusained, eriti kvantpunktid.
PNNL-i kolleeg April Carman ütles: "Kuigi neil läks karmides tingimustes palju paremini kui orgaanilistel materjalidel, pidi uurimisrühm ikkagi kaitsma kvantpunkte keemilise plahvatuse äärmuslike tingimuste eest."
"Märgitusaine kaitsmise viisi leidmine, säilitades samal ajal selle luminestsentsi intensiivsuse, osutus keeruliseks."
Kohalik keskkond mõjutab märkimisväärselt jäljendi heledust või luminestsentsi intensiivsust. Mõned ennetavad meetmed võivad heledust vähendada, muutes jäljendi leidmise keerulisemaks. Seetõttu otsustasid teadlased kasutada kvantpunktide kaitsmiseks ja nende heleduse säilitamiseks hüdraatunud ränidioksiidi – "põhimõtteliselt veega leotatud klaasi".
PNNL-i meeskonna loodud kaetud märgistusained olid peaaegu sama helendavad kui algsed kvantpunktid, kuigi varasemad ränidioksiidiga katmise tehnikad vähendasid märkimisväärselt märgistusaine heledust. Täiendavad testid näitasid, et osakesed võivad pikka aega taluda erinevaid pH tasemeid.
Hubbard ütles, "Me teadsime, et lõime midagi erilist, kui nägime oma tulemusi."
PNNL-i meeskonna õnneks oli nende sünteesimeetod kavandatud nii, et see oleks täielikult skaleeritav massikoguste tootmiseks - kilogrammidest potentsiaalsete tonnideni päevas.
PNNL-i kolleeg Michael Foxe ütles: "Nad ei saa mitte ainult suures koguses märgistusainet valmistada, vaid saavad neid ka kohandada. "Saame häälestada jäljendi suurust ja värvi mis tahes spetsiifilisuse järgi. Märgistusainet saab peenhäälestada, et luua jälgitava massi või materjali jäljend. Samuti saame kasutada erinevaid suurusi ja eri värvi, et visualiseerida, kuidas plahvatus mõjutab erineva suurusega osakesi.
Teadlased märkida, "Jälgimisseadmed on piisavalt vastupidavad, et neid kasutada karmides keskkondades, et jälgida massi ja parandada teadlaste arusaamist keskkonnasaatusest ja transpordist. Need võivad toimida tingimustes, mis on traditsiooniliste märgistusseadmete jaoks liiga karmid, näiteks nafta- ja gaasirafineerimistehastes või geotermilistes tehastes. Häälestatavate parameetrite ja hõlpsasti kasutatava süsteemiga on neil märgistusseadmetel palju potentsiaalseid rakendusi materjali saatuse ja transpordi jälgimiseks karmides keskkondades.
Carman ütles, "Meil on hea meel, et saime esialgsest skeptilisusest hoolimata selle projektiga jätkata. Samuti on meil hea meel näha, kuhu see meid järgmisena viib.
Ajakirja viide:
- Hubbard, L., Reed, C., Uhnak, N. et al. Luminestseeruvad ränidioksiidi mikroaglomeraadid, süntees ja keskkonnatestid. MRS-i side 12, 119–123 (2022). DOI: 10.1557/s43579-022-00150-3
