在纳米流体研究领域的一项新发现，可能会颠覆我们对微观分子行为的理解。来自EPFL和曼彻斯特大学的研究团队，利用新型类石墨烯的二维材料氮化硼的荧光特性，揭示了一个之前未被探索的领域。这种创新的方法使科学家能够以前所未有的方式追踪纳米流体结构中的单个分子，深入阐明它们的行为。
这项研究的成果已在《自然材料》期刊上发表。
纳米流体学研究的是在极小空间内的流体行为，为我们提供了在纳米尺度上液体行为的深刻见解。然而，由于传统显微镜技术的局限性，探索这种受限环境中单个分子的运动一直是一个挑战。这一障碍限制了实时传感和成像，导致我们对在封闭条件下分子特性的理解存在重大空白。
得益于氮化硼的一种意外特性，EPFL的研究人员实现了曾被认为不可能的目标。这种二维材料在与液体接触时展现出卓越的发光能力。通过利用这一特性，EPFL纳米生物学实验室的科学家们成功地直接观察和追踪了纳米流体结构中单个分子的运动轨迹。这一发现为深入理解离子和分子在模拟生物系统条件下的行为提供了新的视角。
LBEN的负责人Aleksandra Radenovic教授表示：“制造和材料科学的进步使我们能够在纳米尺度上控制流体和离子传输。然而，我们对纳米流体系统的理解仍然有限，因为传统光学显微镜无法穿透衍射极限以下的结构。我们的研究现在为纳米流体提供了新的见解，照亮了迄今为止大部分未知的领域。”
这种对分子特性的全新发现具有激动人心的应用潜力，包括直接成像新兴纳米流体系统的可能性，其中液体在压力或电压刺激下展现出非常规行为。研究的核心在于六方氮化硼表面的单光子发射器所产生的荧光。
“这种荧光的激活出乎意料，因为hBN和液体本身都没有表现出可见范围的荧光。它很可能是由于分子与晶体表面缺陷的相互作用引起的，但我们仍不确定确切的机制，”来自LBEN的博士生Nathan Ronceray说。
表面缺陷可能是晶体结构中缺失的原子，这些原子的性质与原始材料不同，当它们与某些分子相互作用时，赋予它们发光的能力。研究人员进一步观察到，当一个缺陷关闭时，它的一个邻居会被激活，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。
通过结合显微镜技术，研究小组监测了颜色的变化，证明这些发光体一次释放一个光子，在大约一纳米的范围内提供了关于它们周围环境的精确信息。这一突破使得利用这些发射体作为纳米级探针，揭示了分子在有限纳米空间内的排列成为可能。
曼彻斯特物理系的Radha Boya教授的团队利用二维材料制作了纳米通道，将液体限制在距离hBN表面仅纳米的范围内。这种合作关系使得对这些系统进行光学探测成为可能，发现了由约束引起的液体有序的迹象。“眼见为实，但在这种规模上观察约束效应并不容易。我们制造了这些极薄的裂缝状通道，目前的研究展示了一种通过超分辨率显微镜观察它们的优雅方法，”Radha Boya说。
这一发现的潜力深远。Nathan Ronceray设想了超越被动传感的应用。“我们主要是在没有积极相互作用的情况下观察hBN分子的行为，但我们认为它可以用于观察由压力或电场引起的纳米级流动。”
这可能会导致未来光学成像和传感的更多动态应用，为这些受限空间内分子的复杂行为提供前所未有的见解。
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希望本篇文章《一次一个光子窥视纳米流体的奥秘》能对你有所帮助！
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