Śledzenie masy w trudnych warunkach wymaga cząstek zastępczych, które wytrzymają to zdarzenie i przetrwają do momentu pobrania próbki. Naukowcy już wcześniej informowali o przeżywalności wytrzymałych znaczników cząstek stałych podczas eksplozji.
W nowym badaniu przeprowadzonym przez Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) naukowcy stworzyli wytrzymałe cząstki znacznikowe, które mogą przetrwać i rozwijać się w ekstremalnych warunkach.
Barwniki fluorescencyjne i inne materiały organiczne są często stosowane jako znaczniki w badaniach biologicznych w celu lokalizowania komórek i wykrywania wycieków wody. W pewnych okolicznościach sprawdzają się znakomicie, ale są mniej skuteczne w śledzeniu materiału powstałego w wyniku eksplozji. Ich problem polega na tym, że płoną.
W tym badaniu zamiast używać materiałów organicznych naukowcy skupili się na materiałach nieorganicznych, aby opracować wytrzymałe znaczniki – w szczególności kropki kwantowe.
Inna badaczka PNNL, April Carman, powiedziała: „Chociaż w trudnych warunkach radziły sobie znacznie lepiej niż materiały organiczne, zespół badawczy nadal musiał chronić kropki kwantowe przed ekstremalnymi warunkami eksplozji chemicznej”.
„Znalezienie sposobu na ochronę znacznika przy jednoczesnym zachowaniu jego intensywności luminescencji okazało się trudne”.
Lokalne środowisko znacząco wpływa na jasność znacznika lub intensywność luminescencji. Niektóre środki zapobiegawcze mogą zmniejszyć jasność, przez co znalezienie znacznika będzie trudniejsze. Dlatego naukowcy postanowili zastosować uwodnioną krzemionkę – „w zasadzie szkło nasączone wodą”, aby chronić kropki kwantowe i zachować ich jasność.
Powlekane znaczniki stworzone przez zespół PNNL były prawie tak samo jasne jak oryginalne kropki kwantowe, mimo że wcześniejsze techniki powlekania krzemionką znacznie zmniejszały jasność znacznika. Dodatkowe testy wykazały, że cząstki mogą wytrzymać różne poziomy pH przez dłuższy czas.
Hubbard powiedział, „Wiedzieliśmy, że stworzyliśmy coś wyjątkowego, kiedy zobaczyliśmy nasze wyniki”.
Na szczęście dla zespołu PNNL metoda syntezy została zaprojektowana tak, aby była w pełni skalowalna i pozwalała na wytwarzanie ilości masowych — od kilogramów do potencjalnych ton dziennie.
Inny badacz PNNL, Michael Foxe, powiedział: „Mogą nie tylko wyprodukować duże ilości znaczników, ale także je dostosować. „Możemy dostosować rozmiar i kolor znacznika do dowolnej specyfiki. Znacznik można precyzyjnie dostroić, aby stworzyć imitację śledzonej masy lub materiału. Możemy również użyć różnych rozmiarów i różnych kolorów, aby zwizualizować, jak eksplozja wpływa na cząstki o różnych rozmiarach.
Naukowcy zauważyć, „Trakery są na tyle wytrzymałe, że można je stosować w trudnych warunkach w celu śledzenia masy i lepszego zrozumienia przez naukowców losów i transportu w środowisku. Mogą pracować w warunkach zbyt trudnych dla tradycyjnych znaczników, np. w rafineriach ropy i gazu lub zakładach geotermalnych. Dzięki regulowanym parametrom i łatwemu w obsłudze systemowi znaczniki te mają wiele potencjalnych zastosowań do śledzenia losów materiałów i transportu w trudnych warunkach”.
Carman powiedział, „Cieszymy się, że pomimo początkowego sceptycyzmu mogliśmy kontynuować ten projekt. Jesteśmy również podekscytowani możliwością zobaczenia, dokąd nas to zaprowadzi w przyszłości.”
Referencje czasopisma:
- Hubbard, L., Reed, C., Uhnak, N. i in. Luminescencyjne mikroaglomeraty krzemionki, synteza i badania środowiskowe. Komunikacja MRS 12, 119-123 (2022). DOI: 10.1557/s43579-022-00150-3
