Tecnologia de sensor de ponto quântico

Sensor de ponto quântico tecnologia, confiando nas propriedades físicas e químicas únicas do quantum, mostra potencial de aplicação em muitos campos. Pontos quânticos, como cristais semicondutores em nanoescala (1 - 10 nanômetros), têm níveis de energia discretos devido ao efeito de confinamento quântico, e propriedades ópticas e elétricas especiais.

Mecanismo de fluorescência:

1. Extinção e recuperação de fluorescência: Alvo/íons interagem com pontos quânticos, causando transferência de energia ou elétrons, e elétrons em estado excitado retornam ao estado fundamental por meio de processos não radiativos, causando extinção. Por exemplo, no monitoramento ambiental, íons de mercúrio se ligam a grupos de superfície em pontos quânticos, causando extinção de fluorescência. Ao medir a diminuição na intensidade da fluorescência, a concentração de íons de mercúrio pode ser determinada quantitativamente; sob condições específicas ou adicionando reagentes para interromper a interação, a recuperação de fluorescência pode ser usada para análise qualitativa e quantitativa do alvo.

2. Transferência de energia de ressonância de fluorescência (FRET): Pontos quânticos fluorescentes (doadores) que emitem luz e moléculas (aceitadores) que podem absorver luz são aproximados, causando FRET. A energia do estado excitado do doador é transferida de forma não radiativa para o aceitador, que se torna excitado e emite luz, causando uma diminuição na fluorescência do doador e um aumento na fluorescência do aceitador. Na detecção biomédica, moléculas biológicas são frequentemente marcadas, e a FRET é para detectar eventos de ligação molecular e estudar mecanismos de interação.

Mecanismo de mudança nas propriedades elétricas: Em sensores químicos, pontos quânticos são modificados na superfície do eletrodo, a adsorção de moléculas de gás alvo muda o transporte de carga entre os pontos quânticos e o eletrodo, causando uma mudança na corrente ou potencial do eletrodo. Ao medir essa mudança de sinais elétricos, o gás alvo pode ser detectado.

Preparação de pontos quânticos: Existem vários métodos de preparação. A solução química é simples de operar e pode sintetizar uma grande quantidade. Ao controlar a temperatura, o tempo de reação, a concentração de reagentes, etc., o tamanho, a forma e as propriedades dos pontos quânticos podem ser controlados, como o método de injeção térmica de alta temperatura, que pode sintetizar pontos quânticos de alta qualidade; o método epitax de feixe molecular pode controlar precisamente o número de camadas e o arranjo atômico de pontos quânticos crescendo sob vácuo ultra-alto, preparando pontos quânticos de alta qualidade, mas o equipamento é caro, o processo é complexo.

Modificação de superfície: Para melhorar a estabilidade, biocompatibilidade e capacidade de ligação específica dos pontos quânticos, é necessária a modificação de superfície. Grupos al como anticorpos, ácidos nucleicos, enzimas, etc., são conectados por meios químicos. Em aplicações biomédicas, pontos quânticos modificados com anticorpos podem atingir células e, ao mesmo tempo, melhorar a dispersão dos pontos quânticos, evitar agregação e manter desempenho estável.

Detecção e processamento de sinais: A intensidade da fluorescência e a vida útil da fluorescência podem ser medidas usando um espectrômetro de fluorescência e um microscópio confocal; sinais elétricos podem ser medidos usando uma estação de trabalho eletroquímica e um transistor de efeito de campo. Após obter o sinal, ele é processado por algoritmos e softwares complexos para remover ruídos, extrair informações válidas e garantir resultados de detecção confiáveis e precisos.