Tecnología de sensores de puntos cuánticos

sensor de puntos cuánticos Esta tecnología, basada en las propiedades físicas y químicas únicas de la cuántica, presenta potencial de aplicación en numerosos campos. Los puntos cuánticos, como cristales semiconductores a escala nanométrica (1-10 nanómetros), presentan niveles de energía discretos debido al efecto de confinamiento cuántico, así como propiedades ópticas y eléctricas especiales.

Mecanismo de fluorescencia:

1. Extinción y recuperación de la fluorescencia: El objetivo/iones interactúan con los puntos cuánticos, provocando transferencia de energía o electrones, y los electrones excitados regresan a su estado fundamental mediante procesos no radiativos, lo que provoca la extinción. Por ejemplo, en la monitorización ambiental, los iones de mercurio se unen a los grupos superficiales de los puntos cuánticos, provocando la extinción de la fluorescencia. Al medir la disminución de la intensidad de la fluorescencia, se puede determinar cuantitativamente la concentración de iones de mercurio; en condiciones específicas o añadiendo reactivos para interrumpir la interacción, la recuperación de la fluorescencia se puede utilizar para el análisis cualitativo y cuantitativo del objetivo.

2. Transferencia de energía por resonancia de fluorescencia (FRET): Los puntos cuánticos fluorescentes (donadores) que emiten luz y las moléculas (aceptores) que pueden absorberla se acercan, lo que provoca la FRET. La energía del estado excitado del donador se transfiere de forma no radiactiva al aceptor, que, al excitarse, emite luz, lo que provoca una disminución de la fluorescencia del donador y un aumento de la del aceptor. En la detección biomédica, las moléculas biológicas suelen marcarse, y la FRET sirve para detectar eventos de unión molecular y estudiar los mecanismos de interacción.

Mecanismo de cambio en las propiedades eléctricas: En los sensores químicos, los puntos cuánticos se modifican en la superficie del electrodo. La adsorción de las moléculas del gas objetivo modifica el transporte de carga entre los puntos cuánticos y el electrodo, lo que provoca un cambio en la corriente o el potencial del electrodo. Mediante la medición de estas señales eléctricas, se puede detectar el gas objetivo.

Preparación de puntos cuánticos: Existen diversos métodos de preparación. La solución química es fácil de usar y permite sintetizar grandes cantidades. Controlando la temperatura, el tiempo de reacción, la concentración de reactivos, etc., se puede controlar el tamaño, la forma y las propiedades de los puntos cuánticos. Por ejemplo, el método de inyección térmica a alta temperatura permite sintetizar puntos cuánticos de alta calidad. El método de epitaxia de haz molecular permite controlar con precisión el número de capas y la disposición atómica de los puntos cuánticos que crecen al ultraalto vacío, lo que permite preparar puntos cuánticos de alta calidad. Sin embargo, el equipo es costoso y el proceso complejo.

Modificación de la superficie: Para mejorar la estabilidad, la biocompatibilidad y la capacidad de unión específica de los puntos cuánticos, se requiere una modificación de la superficie. Grupos como anticuerpos, ácidos nucleicos, enzimas, etc., se conectan químicamente. En aplicaciones biomédicas, los puntos cuánticos modificados con anticuerpos pueden dirigirse a las células y, al mismo tiempo, mejorar su dispersión, prevenir la agregación y mantener un rendimiento estable.

Detección y procesamiento de señales: La intensidad y el tiempo de vida de la fluorescencia se pueden medir con un espectrómetro de fluorescencia y un microscopio confocal; las señales eléctricas se pueden medir con una estación de trabajo electroquímica y un transistor de efecto de campo. Tras obtener la señal, se procesa mediante algoritmos complejos y software para eliminar el ruido, extraer información válida y garantizar resultados de detección fiables y precisos.