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德國克拉到奈米的應用 -- 具有缺陷的鑽石到清晰的顯微觀測

德國馬克斯普朗克協會內位於哥丁根的生物物理化學研究所正在利用超高解析度光學顯微鏡來探討這些顏色中心點。使用此種顯微鏡,科學家們可以將單一顆顏色中心點從一群密集擁擠的顏色中心點中分辨出來,並且精確地得知它所在的位置,其精確度高於0.15的奈米大小,相當於一顆原子的大小。


鑽石不僅僅可以利用作為寶石,科學家們也正把他們的研究關注在這些高價值的晶體上。在科學利用上,較便宜的螢光鑽石正造成很大的轟動。這些鑽石的顏色是由於晶體中的雜質所產生的,例如在鑽石晶體內的氮原子,如果晶體中氮原子旁有空缺,則可形成發出螢光光源的缺陷,當雷射光入射這些顏色中心點,電子會被激發,而當這些電子衰減回到基態後,將會放出螢光,類似於被染色的分子一般,這種會發光且自動具有小磁性的顏色中心點令科學家們非常感興趣。

研究人員希望能將這些在鑽石內的顏色中心點做為量子運算中的小型處理器以增加運算速度,並且它們也適合用來加密高機密性的資料。然而,最大的困難處是如何清晰地觀測到這些顏色中心點,因為這些顏色中心點只能利用螢光顯微鏡來觀測,通常,一般的光學顯微鏡最高的解析度也只達200奈米左右。現在,德國馬克斯普朗克協會之生物物理化學研究所的研究團隊已經成功地利用超高解析度的光學顯微鏡(受激發射耗損顯微鏡, STED)觀測到鑽石中的發出單獨螢光色的顏色中心點。他們將目前受激發射耗損顯微鏡的觀測極限縮小至數個奈米大小。因此,最大的突破就是科學家們現在已經有可利用的方法來精確地在一群密集地顏色中心點群中清楚地定位出一顆顆顏色中心點。另外,這項成果對於晶格結構的研究也有很大的貢獻,可以提供另一種方法來研究晶格的局部結構。另外,這些會發出螢光的鑽石也可用於生物螢光顯微觀測上,科學家們希望能夠利用它們來標記活體細胞,從而得到即時細胞的狀況。研究人員表示,有機的螢光染料通常拿來使用在受激發射耗損顯微鏡觀測上,但是這些染料會不停地的閃爍,最終會將會變淡至難以觀測,然而,鑽石中的顏色中心具有非常穩定的螢光色,即使是在觀測經過數小時之後。

如同在亞洲跟美洲一般,在烏玆堡跟斯圖加的研究團隊正在致力於將奈米結構應用到生物或醫學的基礎研究工作上。研究人員認為,如果我們能成功地利用螢光鑽石到活體細胞觀測上,則可得到一個穩定的螢光光源來標記細胞,如此再與受激發射耗損顯微鏡結合,可以大幅增進觀測奈米尺度下的細胞狀態。

譯: 盧季霈


作者:駐德國代表處科技組 現職:駐德國代表處科技組
文章來源:http://www.mpibpc.mpg.de
發佈時間:98.09.01


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