Nanodiamantové (ND) částice s velikostmi v rozmezí 5 – 100 nm mohou sloužit jako nový typ optických markerů (značek) pro zobrazování buněk. Silná ND fotoluminiscence (PL) má původ v jednofotonovém vyzařování dusíkově vakančních (NV) barevných center, složených ze substituovaného atomu dusíku a následné vakance, uměle vytvořených v diamantové mřížce. Vysoká biokompatibilita, variabilní velikosti od ~ 5 nm, stabilní luminiscence barevných center a jednoduchá uhlíková chemie pro vazby s biomolekulami činí ND částice atraktivní alternativou k molekulárním barvivům pro identifikaci transportu léčiv. Je prezentován princip nové metody, která může být využita pro dálkové monitorování chemických procesů v biologickém prostředí. Toto monitorování je založené na změnách barev při fotoluminiscenci (PL) NV center v ND. Navrhujeme metodu řízení NV luminiscence chemicky, a to změnami povrchového chemického potenciálu pomocí interakce atomů a molekul s povrchem diamantu. Vzhledem k malé velikosti ND změny chemického povrchového potenciálu při interakci s různými, povrch terminujícími atomy či molekulami, modifikují profil elektrického pole na povrchu diamantu (tj. ohýbání pásu) smíšením s elektronovými NV stavy. To vede ke změnám poměru NV-/NV0 PL a umožňuje konstrukci optických chemicko-biologických senzorů operujících v buňkách s fotoluminiscencí (PL) viditelnou klasickým konfokálním mikroskopem. Tento jev demonstrujeme na monokrystalech diamantu obsahujících uměle připravená NV centra a na oxidovaných a hydrogenovaných nanodiamantech v kapalných fyziologických roztocích pro rozdílně velké ND částice. Hydrogenování ND vede ke zhášení luminiscence ze záporně nabitých NV-/NV0 PL center, a tím i k barevnému posuvu luminiscence od NV- (638 nm) k neutrálním NV0 (575 nm). Uvádíme také model, jak zmenšení velikosti diamantů zvyšuje velikost NV barevného posuvu.
Luminiscence nanodiamantových částic modifikovaných kyslíkem (nahoře) nebo vodíkem (dole) v důsledku uměle připravených NV-/NV0 center.
1Faculty of Biomedical Engineering, Czech Technical University in Prague, Sítná 3105, Kladno, Czech Republic
2Institute of Physics ASCR, v. v. i, Na Slovance 2, Praha, Czech Republic
3Nuclear Physics Institute ASCR, v. v. i, Řež u Prahy, Czech Republic
4Institute of Organic Chemistry and Biochemistry ASCR, v. v. i., Flemingovo náměstí 2, Praha, Czech Republic
5Institute of Microbiology ASCR, v. v. i., Vídeňská 1083, Praha, Czech Republic
6IMOMEC Division, IMEC, Institute for Materials Research, University Hasselt, Wetenschapspark 1, Diepenbeek, Belgium
Copyright © 2008-2014, Fyzikální ústav AV ČR, v. v. i.
