Umělé diamanty pro medicínské účely

Diamant je velmi ceněným alotropem uhlíku, jak pro šperkařské účely, tak i pro technologické. Přírodní diamanty vznikají v zemském plášti za vysokých teplot a tlaků, umělé se připravují krystalizací z tavenin kovů, také za vysokých teplot a tlaků. Kvalitní přírodní diamanty se využívají ve šperkařství a v optických aplikacích, ty nekvalitní a uměle připravené pak v průmyslu, např. jako brusivo. Japonským vědcům se povedlo optimalizovat laboratorní přípravu syntetických diamantů a upravit jejich vlastnosti tak, že jsou využitelné jako biosenzory.[1,2]

Diamant
Krystalický alotrop uhlíku, je tvořen atomy uhlíku, které jsou vázány kovalentními vazbami. Jedná se o výborný vodič tepla, ale elektrický izolant. Vyskytuje se v mnoha barevných modifikacích, ale nejčastěji je bílý.
CVD
Chemical Vapor Deposition – chemická depozice z plynné fáze, metoda umožňující vytváření tenkých filmů rozkladem těkavého prekurzoru na žhaveném substrátu.
Magnetoencefalografie
Zobrazovací metoda, která prostřednictvím záznamu magnetických polí, mapuje mozkovou aktivitu. Magnetická pole vznikají v mozku díky elektrickým impulzům, které mozek generuje.

Mimo krystalizaci z kovových tavenin je možné vyrábět diamanty pomocí CVD metod, diamantové vrstvy je možné vypěstovat na různých substrátech a tím ovlivnit jejich vlastnosti. Také je možné tyto vrstvy dopovat jinými prvky a tím rozšířit možnosti jejich využití. Pokud do diamantu vložíme jako dopant atom dusíku, který má o jeden elektron méně než uhlík, vznikne tzv. elektronová vakance (díra). Takto dopované materiály dokáží, právě díky přítomnosti vakancí, detekovat změny magnetického pole. A lze je tak využít např. pro konstrukci biosenzorů, např. pro magnetoencefalografii (MEG), což je metoda pro monitorování mozkové činnosti.

Základní buňka krystalu diamantu

Základní buňka krystalu diamantu. Credit: YassineMrabet/commons

V publikované práci byly diamanty připraveny metodou MPCVD – Microvawe Plasma-assisted CVD, jako prekurzor sloužila směs methanu a vodíku. Dusíkové atomy pak byly do vrstev implantovány bombardováním ionty 15N při teplotě 600 °C. Původně byl jako dopant testován fosfor, ale ten zanášel do senzorů příliš vysoký šum, který zkresloval výsledky.

Testované senzory byly konstruovány se sendvičovou strukturou, kdy vnější vrstvy byly tvořeny diamantem dopovaným fosforem a vnitřní vrstva byla dopována dusíkem. Tím došlo ke stabilizaci potřebného záporného náboje a zároveň k eliminování šumu způsobeného fosforovým dopantem. V současnosti se u těchto senzorů testuje jejich citlivost na změny magnetického pole, v budoucnu se s nimi mopžná setkáme v přístrojích MEG nebo jiných, které využívají biosenzory.

Literatura

  1. Engineering of Fermi level by nin diamond junction for control of charge states of NV centers
  2. Designing diamonds for medical imaging technologies

Napsat komentář

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.