纳米流体领域的一项发现可能会改变我们对最微小尺度分子行为的理解。洛桑联邦理工学院和曼彻斯特大学的研究团队利用新发现的类石墨烯二维材料氮化硼的荧光特性，揭示了一个以前隐藏的世界。这种创新方法使科学家能够追踪纳米流体结构内的单个分子，以前所未有的方式阐明它们的行为。该研究结果发表在 《自然材料》杂志上。
纳米流体学是对限制在超小空间内的流体的研究，提供了对纳米尺度液体行为的见解。然而，由于传统显微镜技术的限制，在如此有限的环境中探索单个分子的运动一直具有挑战性。这一障碍阻碍了实时传感和成像，使我们对限制分子特性的了解留下了巨大的空白。
由于氮化硼具有意想不到的特性，洛桑联邦理工学院的研究人员实现了曾经被认为不可能的任务。这种二维材料在与液体接触时具有卓越的发光能力。通过利用这一特性，洛桑联邦理工学院纳米生物学实验室的科学家们成功地直接观察和追踪纳米流体结构内单个分子的路径。这一发现为更深入地了解模拟生物系统条件下离子和分子的行为打开了大门。
LBEN 负责人 Aleksandra Radenovic 教授解释说：“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，因为传统的光学显微镜无法穿透下面的结构“衍射极限。我们的研究现在为纳米流体学带来了新的曙光，为迄今为止基本上未知的领域提供了见解。”
这种对分子特性的新认识具有令人兴奋的应用，包括直接对新兴纳米流体系统进行成像的潜力，其中液体在压力或电压刺激下表现出非常规行为。该研究的核心在于六方氮化硼表面的单光子发射器发出的荧光。“这种荧光激活是出乎意料的，因为六方氮化硼和液体本身都不表现出可见范围的荧光。它很可能是由分子与晶体表面缺陷相互作用引起的，但我们仍然不确定确切的机制，”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，其特性与原始材料不同，从而使它们在与某些分子相互作用时能够发光。研究人员进一步观察到，当一个缺陷关闭时，它的一个邻居会亮起，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。
研究小组利用显微镜技术的组合来监测颜色变化，并证明这些光发射器一次释放一个光子，提供有关其周围环境的精确信息，其范围约为一纳米。这一突破使得这些发射器能够用作纳米级探针，从而揭示有限纳米空间内分子的排列。
曼彻斯特物理系的 Radha Boya 教授的团队用二维材料制作了纳米通道，将液体限制在距六方氮化硼表面仅纳米的范围内。这种合作关系允许对这些系统进行光学探测，揭示由限制引起的液体有序的线索。“眼见为实，但要看到如此规模的限制效应并不容易。我们制作了这些极薄的狭缝状通道，当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。
这一发现的潜力是深远的。Nathan Ronceray 设想了被动传感之外的应用。“我们主要是观察六方氮化硼分子的行为，但我们认为它可以用来可视化由压力或电场引起的纳米级流动。”这可能会在未来带来更多动态应用，用于光学成像和传感，为这些有限空间内分子的复杂行为提供前所未有的见解。
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