Tecnologia dei sensori a punti quantici

Sensore a punti quantici tecnologia, che si basa sulle proprietà fisiche e chimiche uniche della quantistica, mostra un potenziale applicativo in molti campi. I punti quantici, come cristalli semiconduttori su scala nanometrica (1 - 10 nanometri), hanno livelli energetici discreti dovuti all'effetto di confinamento quantistico e speciali proprietà ottiche ed elettriche.

Meccanismo di fluorescenza:

1. Spegnimento e recupero della fluorescenza: i target/ioni interagiscono con i punti quantici, causando il trasferimento di energia o elettroni, e gli elettroni allo stato eccitato tornano allo stato fondamentale attraverso processi non radiativi, causando lo spegnimento. Ad esempio, nel monitoraggio ambientale, gli ioni di mercurio si legano ai gruppi di superficie sui punti quantici, causando lo spegnimento della fluorescenza. Misurando la diminuzione dell'intensità della fluorescenza, la concentrazione di ioni di mercurio può essere determinata quantitativamente; in condizioni specifiche o aggiungendo reagenti per interrompere l'interazione, il recupero della fluorescenza può essere utilizzato per l'analisi qualitativa e quantitativa del target.

2. Trasferimento di energia di risonanza di fluorescenza (FRET): i punti quantici fluorescenti (donatori) che emettono luce e le molecole (accettori) che possono assorbire la luce vengono avvicinati, causando FRET. L'energia dello stato eccitato del donatore viene trasferita in modo non radiativo all'accettore, che si eccita emettendo luce, causando una diminuzione della fluorescenza del donatore e un aumento della fluorescenza dell'accettore. Nella rilevazione biomedica, le molecole biologiche vengono spesso etichettate e FRET serve a rilevare eventi di legame molecolare e studiare meccanismi di interazione.

Meccanismo di cambiamento delle proprietà elettriche: nei sensori chimici, i punti quantici vengono modificati sulla superficie dell'elettrodo, l'adsorbimento delle molecole di gas bersaglio modifica il trasporto di carica tra i punti quantici e l'elettrodo, causando un cambiamento nella corrente o nel potenziale dell'elettrodo. Misurando questo cambiamento dei segnali elettrici, è possibile rilevare il gas bersaglio.

Preparazione dei punti quantici: Esistono vari metodi di preparazione. La soluzione chimica è semplice da usare e può sintetizzarne una grande quantità. Controllando la temperatura, il tempo di reazione, la concentrazione del reagente, ecc., è possibile controllare le dimensioni, la forma e le proprietà dei punti quantici, come il metodo di iniezione termica ad alta temperatura, che può sintetizzare punti quantici di alta qualità; il metodo di epitassi a fascio molecolare può controllare con precisione il numero di strati e la disposizione atomica dei punti quantici che crescono sotto vuoto ultra-alto, preparando punti quantici di alta qualità, ma l'attrezzatura è costosa e il processo è complesso.

Modifica della superficie: per migliorare la stabilità, la biocompatibilità e la capacità di legame specifica dei punti quantici, è richiesta una modifica della superficie. Gruppi quali anticorpi, acidi nucleici, enzimi, ecc., sono collegati tramite mezzi chimici. Nelle applicazioni biomediche, i punti quantici modificati con anticorpi possono colpire le cellule e, allo stesso tempo, migliorare la dispersione dei punti quantici, prevenire l'aggregazione e mantenere prestazioni stabili.

Rilevamento ed elaborazione del segnale: l'intensità della fluorescenza e la durata della fluorescenza possono essere misurate utilizzando uno spettrometro a fluorescenza e un microscopio confocale; i segnali elettrici possono essere misurati utilizzando una workstation elettrochimica e un transistor a effetto di campo. Dopo aver ottenuto il segnale, viene elaborato da algoritmi e software complessi per rimuovere il rumore, estrarre informazioni valide e garantire risultati di rilevamento affidabili e accurati.