양자점 센서 기술

양자점 센서 양자의 고유한 물리적, 화학적 특성에 의존하는 기술은 많은 분야에서 응용 잠재력을 보여줍니다. 나노스케일 반도체 결정(1~10나노미터)인 양자점은 양자 구속 효과로 인해 이산적인 에너지 준위와 특수한 광학적, 전기적 특성을 가지고 있습니다.

형광 메커니즘:

1. 형광 소광 및 회복: 타겟/이온은 양자점과 상호 작용하여 에너지 또는 전자 전달을 일으키고, 여기 상태 전자는 비방사 과정을 통해 기본 상태로 돌아가 소광을 일으킵니다. 예를 들어, 환경 모니터링에서 수은 이온은 양자점의 표면 그룹에 결합하여 형광 소광을 일으킵니다. 형광 강도의 감소를 측정하여 수은 이온의 농도를 정량적으로 결정할 수 있습니다. 특정 조건에서 또는 상호작용을 방해하는 시약을 첨가하여 형광 회복을 사용하여 타겟의 정성 및 정량 분석에 사용할 수 있습니다.

2. 형광 공명 에너지 전달(FRET): 빛을 방출하는 형광 양자점(공여체)과 빛을 흡수할 수 있는 분자(수용체)가 가까이 모여 FRET를 발생시킵니다. 공여체의 여기 상태 에너지는 비방사적으로 수용체로 전달되고, 수용체는 여기되어 빛을 방출하여 공여체 형광이 감소하고 수용체 형광이 증가합니다. 생물의학적 검출에서 생물학적 분자는 종종 표지되고, FRET는 분자 결합 사건을 검출하고 상호 작용 메커니즘을 연구하는 것입니다.

전기적 특성 변화의 메커니즘: 화학 센서에서 양자점은 전극 표면에서 변형되고, 대상 가스 분자의 흡착은 양자점과 전극 사이의 전하 이동을 변화시켜 전극 전류 또는 전위의 변화를 유발합니다. 이 변화의 전기 신호를 측정하여 대상 가스를 감지할 수 있습니다.

양자점 제조: 다양한 제조 방법이 있습니다. 화학 용액은 조작하기 쉽고 대량으로 합성할 수 있습니다. 온도, 반응 시간, 반응물 농도 등을 제어하여 양자점의 크기, 모양 및 특성을 제어할 수 있습니다. 예를 들어 고온 열 주입 방법은 고품질 양자점을 합성할 수 있습니다. 분자 빔 에피택스 방법은 초고진공에서 성장하는 양자점의 층 수와 원자 배열을 정밀하게 제어하여 고품질 양자점을 제조할 수 있지만 장비가 비싸고 공정이 복잡합니다.

표면 개질: 양자점의 안정성, 생체적합성, 특이적 결합 능력을 개선하기 위해 표면 개질이 필요합니다. 항체, 핵산, 효소 등과 같은 모든 그룹은 화학적 수단을 통해 연결됩니다. 생물의학 응용 분야에서 항체로 개질된 양자점은 세포를 표적으로 삼을 수 있으며, 동시에 양자점의 분산을 개선하고 응집을 방지하며 안정적인 성능을 유지할 수 있습니다.

신호 감지 및 처리: 형광 강도, 형광 수명은 형광 분광기 및 공초점 현미경을 사용하여 측정할 수 있습니다. 전기 신호는 전기화학 워크스테이션 및 전계 효과 트랜지스터를 사용하여 측정할 수 있습니다. 신호를 얻은 후 복잡한 알고리즘과 소프트웨어로 처리하여 노이즈를 제거하고 유효한 정보를 추출하며 신뢰할 수 있고 정확한 감지 결과를 보장합니다.