Technologia czujników kropek kwantowych

Czujnik kropek kwantowych technologia, polegająca na unikalnych właściwościach fizycznych i chemicznych kwantów, wykazuje potencjał zastosowań w wielu dziedzinach. Kropki kwantowe, jako kryształy półprzewodnikowe w skali nano (1 - 10 nanometrów), mają dyskretne poziomy energii ze względu na efekt ograniczenia kwantowego oraz specjalne właściwości optyczne i elektryczne.

Mechanizm fluorescencji:

1. Wygaszanie i odzyskiwanie fluorescencji: Jony docelowe wchodzą w interakcję z kropkami kwantowymi, powodując transfer energii lub elektronów, a elektrony w stanie wzbudzonym powracają do stanu podstawowego poprzez procesy nieradiacyjne, powodując wygaszanie. Na przykład w monitorowaniu środowiska jony rtęci wiążą się z grupami powierzchniowymi na kropkach kwantowych, powodując wygaszanie fluorescencji. Poprzez pomiar spadku intensywności fluorescencji można ilościowo określić stężenie jonów rtęci; w określonych warunkach lub po dodaniu odczynników w celu zakłócenia interakcji, odzyskiwanie fluorescencji można wykorzystać do jakościowej i ilościowej analizy celu.

2. Transfer energii rezonansu fluorescencji (FRET): Fluorescencyjne kropki kwantowe (donory), które emitują światło, i cząsteczki (akceptory), które mogą pochłaniać światło, są zbliżane do siebie, powodując FRET. Energia stanu wzbudzonego donora jest przenoszona bezpromieniowo do akceptora, który staje się wzbudzony i emituje światło, powodując spadek fluorescencji donora i wzrost fluorescencji akceptora. W wykrywaniu biomedycznym często znakuje się cząsteczki biologiczne, a FRET ma na celu wykrywanie zdarzeń wiązania molekularnego i badanie mechanizmów interakcji.

Mechanizm zmiany właściwości elektrycznych: W czujnikach chemicznych kropki kwantowe są modyfikowane na powierzchni elektrody, adsorpcja cząsteczek gazu docelowego zmienia transport ładunku między kropkami kwantowymi a elektrodą, powodując zmianę prądu lub potencjału elektrody. Mierząc te sygnały elektryczne zmiany, można wykryć gaz docelowy.

Przygotowanie kropek kwantowych: Istnieją różne metody przygotowania. Roztwór chemiczny jest prosty w obsłudze i może syntetyzować dużą ilość. Kontrolując temperaturę, czas reakcji, stężenie odczynnika itp., można kontrolować rozmiar, kształt i właściwości kropek kwantowych, takie jak metoda wtrysku termicznego w wysokiej temperaturze, która może syntetyzować wysokiej jakości kropki kwantowe; metoda epitaksji wiązki molekularnej może precyzyjnie kontrolować liczbę warstw i rozmieszczenie atomów kropek kwantowych rosnących w ultrawysokiej próżni, przygotowując wysokiej jakości kropki kwantowe, ale sprzęt jest drogi, a proces jest złożony.

Modyfikacja powierzchni: Aby poprawić stabilność, biokompatybilność i specyficzną zdolność wiązania kropek kwantowych, wymagana jest modyfikacja powierzchni. Grupy takie jak przeciwciała, kwasy nukleinowe, enzymy itp. są połączone za pomocą środków chemicznych. W zastosowaniach biomedycznych kropki kwantowe zmodyfikowane przeciwciałami mogą być kierowane do komórek, a jednocześnie poprawiać dyspersję kropek kwantowych, zapobiegać agregacji i utrzymywać stabilną wydajność.

Wykrywanie i przetwarzanie sygnału: Intensywność fluorescencji i czas życia fluorescencji można zmierzyć za pomocą spektrometru fluorescencji i mikroskopu konfokalnego; sygnały elektryczne można zmierzyć za pomocą elektrochemicznej stacji roboczej i tranzystora polowego. Po uzyskaniu sygnału jest on przetwarzany przez złożone algorytmy i oprogramowanie w celu usunięcia szumu, wyodrębnienia prawidłowych informacji i zapewnienia wiarygodnych i dokładnych wyników wykrywania.