צוות חוקרים משותף ממכוני מחקר צרפתיים ואוניברסיטת שטוטגרט בגרמניה גילה שיטה חדשה להפקת ננו-חלקיקים קורנים ממיקרו-גבישי יהלומים.
פלואורסצנטיות (Fluorescence, קרינת אור) הינה כלי משמעותי במדעי החיים והחומרים. בתחומי הביולוגיה והרפואה החיבור של חומרי-צבע קורנים (פלואורסצנטיים) לחלבונים או לחומצות גרעין (ד.נ.א. ו- ר.נ.א.) מאפשר לחוקרים לעקוב אחר מהלך פעילותם של החומרים החשובים הללו בתרביות תאים או בגוף החי עצמו. בנוסף, השיטה מקובלת במדעי החומרים לשם מדידת שדות אלקטרומגנטיים, לאחסון אופטי ולזיהוי מוצרים מזויפים. אולם, רוב חומרי-הצבע הקורנים מורכבים מפרודות בעלות אורך-חיים מוגבל וזאת בשל פעילותן הכימית הפנימית.
בהקשר זה, ננו-חלקיקי יהלומים קורנים מציגים חלופה יקרת-ערך תודות לתכונותיהם הפוטו-פיסיקליות יוצאות הדופן. הם בוהקים ביותר ובעלי קרינה אחידה ורציפה ארוכת טווח בתחום הקרינה האדומה או תחום התת-אדום הקרוב (NIR). בהתבסס על תכונות ייחודיות אלו, צפויים יישומים רבים בתחומי הפיסיקה, מדעי החומרים, הביוכימיה, הביולוגיה והרפואה. אולם, עד לאחרונה הייצור של ננו-חלקיקים אלו היה מוגבל למעבדה בלבד.
עתה, בוחנים חוקרים שיטה להפקת ננו-חלקיקים קורנים מעין אלו. השיטה כוללת הקרנה של ננו-גבישי יהלומים עתירי חנקן, המיוצרים בתעשיית היהלומים, באמצעות קרן אלקטרונים או יונים ליצירת חללים בתוככי הסריג הגבישי. בשלב הבא אטומי החנקן “לוכדים” את החללים הנעים הללו תוך כדי החישול ליצירת ליבה קורנת. לרוע המזל, יעילות וניצולת התהליך הזה נמוכים בשל חוסר אחידות המבנים ואובדן החללים לטובת המשטח בזמן ההקרנה והחישול.
עיבוד “מלמעלה-למטה” (top-down) של מיקרו-גבישי יהלומים, שהינו פחות רגיש לחסרונות שתוארו למעלה, יהווה מסלול תעשייתי מתאים יותר. אולם, במקרה דנן יש להתגבר על שתי מהמורות בדרך – הקושי בהקרנת כמות גדולה של חומר והמרת מיקרו-היהלומים לננו-גבישים תוך כדי שימור תכונות הפלואורצנסיה והמבנה הגבישי.
במחקר עכשווי, המפורסם בכתב-העת המדעי Nanotechnology, חוקרים מצרפת ומגרמניה בחנו בהצלחה את השיטה החלופית הזו ליצירת דגימות אחידות של ננו-חלקיקי יהלום קורנים זעירים ונקיים מאוד, תוך קבלת ניצולת גבוהה.
הליך הייצור מתחיל בהקרנה של יהלומים שגודלם המיקרוני מבוקר באופן הדוק, כאלו המתקבלים לאחר שלבי ניקוי וליטוש נוספים. בהליך חדיש זה, מיקרו-יהלומים מכילי חנקן בעלי הרכב אטומי מוגדר הוקרנו ע”י קרן אלקטרונים עתירת-אנרגיה ובשלב הבא עברו חישול בטמפרטורה גבוהה של שמונה מאות מעלות צלסיוס ליצירת ליבות פוטו-קורנות רצויות בתוככי הסריג הגבישי מבלי לפגוע בשלמותו.
תהליך ליטוש דו-שלבי מקורי פותח לשם הפיכת מיקרו-יהלומים קורנים לננו-חלקיקים עגולים זעירים ביותר (כארבעה ננומטרים בקוטר) בעלי תכונות יהלום טהורות ביותר עם ליבות פוטו-קורנות בהירות ויציבות ביותר.
תהליך ייצור מדויק שכזה יכול לשמש כעת להפקה תעשייתית של ננו-חלקיקי יהלומים קורנים. בשיטה זו ניתן לשנות כרצוננו את תכונות היהלומים בהתאם להרכב חומרי-המוצא וזאת במענה לצרכים משתנים של יישומים עתידיים. ננו-חלקיקי יהלום קורנים אלו סוללים את הדרך לפיתוח מעשי של תיוג ארוך-טווח, של ביולוגיה כמותית ויישומים טכנולוגיים חדשניים בכימיה אנליטית, ברכיבי אלקטרוניקה אופטית ובחומרים מרוכבים חדישים.
