纳米流体领域的一项发现可能会动摇我们对最小尺度分子行为的理解。EPFL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。这种创新的方法使科学家能够追踪纳米流体结构中的单个分子，以前所未有的方式阐明它们的行为。
这项研究的结果发表在《自然材料》杂志上。
纳米流体学研究的是被限制在超小空间内的流体，它提供了在纳米尺度上对液体行为的见解。然而，由于传统显微镜技术的局限性，在这种受限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，给我们在禁闭条件下的分子特性知识留下了重大空白。
由于氮化硼的一种意想不到的特性，EPFL的研究人员实现了曾经被认为是不可能的事情。这种二维材料与液体接触时具有非凡的发光能力。通过利用这一特性，EPFL纳米生物学实验室的科学家们已经成功地直接观察和追踪了纳米流体结构中单个分子的路径。这一发现为深入了解离子和分子在模拟生物系统条件下的行为打开了大门。
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了解仍然有限，因为传统的光学显微镜无法穿透衍射极限以下的结构。我们的研究现在照亮了纳米流体，为迄今为止大部分未知的领域提供了见解。”
这种对分子特性的新发现具有令人兴奋的应用，包括直接成像新兴纳米流体系统的潜力，其中液体在压力或电压刺激下表现出非常规的行为。该研究的核心在于六方氮化硼表面的单光子发射器产生的荧光。
“这种荧光激活出乎意料，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，”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。
利用显微镜技术的组合，研究小组监测了颜色的变化，并证明了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。
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，将液体限制在距离hBN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，发现由约束引起的液体有序的暗示。“眼见为实，但在这种规模上看到约束效应并不容易。我们制造了这些极薄的裂缝状通道，目前的研究显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。
这项发现的潜力是深远的。Nathan Ronceray设想了被动传感以外的应用。“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来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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