فناوری سنسور نقاط کوانتومی

سنسور نقاط کوانتومی فناوری با تکیه بر خواص فیزیکی و شیمیایی منحصر به فرد کوانتومی، پتانسیل کاربرد را در بسیاری از زمینه ها نشان می دهد. نقاط کوانتومی، به عنوان کریستال های نیمه هادی در مقیاس نانو (1 تا 10 نانومتر)، دارای سطوح انرژی گسسته به دلیل اثر محصور شدن کوانتومی، و خواص نوری و الکتریکی خاص هستند.

مکانیسم فلورسانس:

1. خاموش کردن فلورسانس و بازیابی: هدف / یون‌ها با نقاط کوانتومی برهمکنش می‌کنند و باعث انتقال انرژی یا الکترون می‌شوند و الکترون‌های حالت برانگیخته از طریق فرآیندهای غیر تشعشعی به حالت پایه بازمی‌گردند و باعث خاموش شدن می‌شوند. برای مثال، در پایش محیطی، یون‌های جیوه به گروه‌های سطحی روی نقاط کوانتومی متصل می‌شوند و باعث خاموش شدن فلورسانس می‌شوند. با اندازه‌گیری کاهش شدت فلورسانس، غلظت یون‌های جیوه را می‌توان به صورت کمی تعیین کرد. تحت شرایط خاص و یا افزودن معرف برای برهم زدن تعامل، بازیابی فلورسانس می تواند برای تجزیه و تحلیل کیفی و کمی هدف استفاده شود.

2. انتقال انرژی تشدید فلورسانس (FRET): نقاط کوانتومی فلورسنت (اهداکننده) که نور ساطع می کنند و مولکول ها (پذیرنده ها) که می توانند نور را جذب کنند به هم نزدیک می شوند و باعث ایجاد FRET می شوند. انرژی حالت برانگیخته دهنده به صورت غیر تشعشعی به گیرنده منتقل می شود که برانگیخته شده نور ساطع می کند و باعث کاهش فلورسانس دهنده و افزایش فلورسانس گیرنده می شود. در تشخیص زیست پزشکی، مولکول‌های بیولوژیکی اغلب برچسب‌گذاری می‌شوند و FRET برای تشخیص رویدادهای اتصال مولکولی و مطالعه مکانیسم‌های برهم‌کنش است.

مکانیسم تغییر خواص الکتریکی: در حسگرهای شیمیایی، نقاط کوانتومی روی سطح الکترود اصلاح می‌شوند، جذب مولکول‌های گاز هدف، انتقال بار بین نقاط کوانتومی و الکترود را تغییر می‌دهد و باعث تغییر در جریان یا پتانسیل الکترود می‌شود. با اندازه گیری سیگنال های الکتریکی این تغییر، می توان گاز مورد نظر را تشخیص داد.

آماده سازی نقاط کوانتومی: روش های آماده سازی مختلفی وجود دارد. کارکرد محلول شیمیایی ساده است و می تواند مقدار زیادی را سنتز کند. با کنترل دما، زمان واکنش، غلظت واکنش دهنده و غیره، اندازه، شکل و خواص نقاط کوانتومی را می توان کنترل کرد، مانند روش تزریق حرارتی در دمای بالا، که می تواند نقاط کوانتومی با کیفیت بالا را سنتز کند. روش اپیتاکس پرتو مولکولی می‌تواند دقیقاً تعداد لایه‌ها و آرایش اتمی نقاط کوانتومی را که تحت خلاء فوق‌العاده رشد می‌کنند کنترل کند، نقاط کوانتومی با کیفیت بالا را آماده می‌کند، اما تجهیزات گران هستند و فرآیند پیچیده است.

اصلاح سطح: به منظور بهبود پایداری، زیست سازگاری و قابلیت اتصال ویژه نقاط کوانتومی، اصلاح سطح مورد نیاز است. گروه‌های آلی مانند آنتی‌بادی‌ها، اسیدهای نوکلئیک، آنزیم‌ها و غیره از طریق روش‌های شیمیایی به هم متصل می‌شوند. در کاربردهای زیست پزشکی، نقاط کوانتومی اصلاح شده با آنتی بادی‌ها می‌توانند سلول‌ها را هدف قرار دهند و در عین حال پراکندگی نقاط کوانتومی را بهبود بخشند، از تجمع جلوگیری کنند و عملکرد پایدار را حفظ کنند.

تشخیص و پردازش سیگنال: شدت فلورسانس و طول عمر فلورسانس را می توان با استفاده از یک طیف سنج فلورسانس و یک میکروسکوپ کانفوکال اندازه گیری کرد. سیگنال های الکتریکی را می توان با استفاده از یک ایستگاه کاری الکتروشیمیایی و یک ترانزیستور اثر میدان اندازه گیری کرد. پس از به دست آوردن سیگنال، توسط الگوریتم ها و نرم افزارهای پیچیده برای حذف نویز، استخراج اطلاعات معتبر و اطمینان از نتایج تشخیص قابل اعتماد و دقیق پردازش می شود.