Teknologi sensor titik kuantum

Sensor titik kuantum Teknologi yang mengandalkan sifat fisika dan kimia kuantum yang unik menunjukkan potensi aplikasi di banyak bidang. Titik kuantum, sebagai kristal semikonduktor berskala nano (1 - 10 nanometer), memiliki tingkat energi diskrit karena efek pembatasan kuantum, serta sifat optik dan listrik yang khusus.

Mekanisme fluoresensi:

1. Pendinginan dan pemulihan fluoresensi: Target/ion berinteraksi dengan titik kuantum, menyebabkan transfer energi atau elektron, dan elektron keadaan tereksitasi kembali ke keadaan dasar melalui proses non-radiatif, yang menyebabkan pendinginan. Misalnya, dalam pemantauan lingkungan, ion merkuri mengikat gugus permukaan pada titik kuantum, yang menyebabkan pendinginan fluoresensi. Dengan mengukur penurunan intensitas fluoresensi, konsentrasi ion merkuri dapat ditentukan secara kuantitatif; dalam kondisi tertentu atau menambahkan reagen untuk mengganggu interaksi, pemulihan fluoresensi dapat digunakan untuk analisis kualitatif dan kuantitatif target.

2. Transfer energi resonansi fluoresensi (FRET): Titik kuantum fluoresensi (donor) yang memancarkan cahaya dan molekul (akseptor) yang dapat menyerap cahaya didekatkan, sehingga menyebabkan FRET. Energi keadaan tereksitasi donor ditransfer secara nonradiatif ke akseptor, yang menjadi tereksitasi dan memancarkan cahaya, sehingga menyebabkan penurunan fluoresensi donor dan peningkatan fluoresensi akseptor. Dalam deteksi biomedis, molekul biologis sering diberi label, dan FRET digunakan untuk mendeteksi peristiwa pengikatan molekuler dan mempelajari mekanisme interaksi.

Mekanisme perubahan sifat listrik: Pada sensor kimia, titik kuantum dimodifikasi pada permukaan elektroda, penyerapan molekul gas target mengubah pengangkutan muatan antara titik kuantum dan elektroda, yang menyebabkan perubahan arus atau potensial elektroda. Dengan mengukur perubahan sinyal listrik ini, gas target dapat dideteksi.

Persiapan titik kuantum: Ada berbagai metode persiapan. Larutan kimia mudah dioperasikan dan dapat mensintesis dalam jumlah besar. Dengan mengendalikan suhu, waktu reaksi, konsentrasi reaktan, dll., ukuran, bentuk, dan sifat titik kuantum dapat dikontrol, seperti metode injeksi termal suhu tinggi, yang dapat mensintesis titik kuantum berkualitas tinggi; metode epitaksis berkas molekul dapat secara tepat mengendalikan jumlah lapisan dan susunan atom titik kuantum yang tumbuh di bawah vakum sangat tinggi, menyiapkan titik kuantum berkualitas tinggi, tetapi peralatannya mahal dan prosesnya rumit.

Modifikasi permukaan: Untuk meningkatkan stabilitas, biokompatibilitas, dan kemampuan pengikatan spesifik titik kuantum, modifikasi permukaan diperlukan. Semua kelompok seperti antibodi, asam nukleat, enzim, dll., dihubungkan melalui cara kimia. Dalam aplikasi biomedis, titik kuantum yang dimodifikasi dengan antibodi dapat menargetkan sel, dan pada saat yang sama, meningkatkan penyebaran titik kuantum, mencegah agregasi, dan mempertahankan kinerja yang stabil.

Deteksi dan pemrosesan sinyal: Intensitas fluoresensi, dan masa pakai fluoresensi dapat diukur menggunakan spektrometer fluoresensi dan mikroskop confocal; sinyal listrik dapat diukur menggunakan stasiun kerja elektrokimia dan transistor efek medan. Setelah memperoleh sinyal, sinyal diproses oleh algoritme dan perangkat lunak yang kompleks untuk menghilangkan gangguan, mengekstrak informasi yang valid, dan memastikan hasil deteksi yang andal dan akurat.