Технология квантовых точек

Датчик квантовых точек Технология, основанная на уникальных физических и химических свойствах кванта, демонстрирует потенциал применения во многих областях. Квантовые точки, как наноразмерные полупроводниковые кристаллы (1 - 10 нанометров), имеют дискретные уровни энергии из-за эффекта квантового ограничения, а также особые оптические и электрические свойства.

Механизм флуоресценции:

1. Тушение и восстановление флуоресценции: целевые ионы взаимодействуют с квантовыми точками, вызывая перенос энергии или электронов, а возбужденные электроны возвращаются в основное состояние посредством нерадиационных процессов, вызывая тушение. Например, при мониторинге окружающей среды ионы ртути связываются с поверхностными группами на квантовых точках, вызывая тушение флуоресценции. Измеряя уменьшение интенсивности флуоресценции, можно количественно определить концентрацию ионов ртути; при определенных условиях или добавлении реагентов для нарушения взаимодействия восстановление флуоресценции можно использовать для качественного и количественного анализа мишени.

2. Флуоресцентный резонансный перенос энергии (FRET): флуоресцентные квантовые точки (доноры), которые излучают свет, и молекулы (акцепторы), которые могут поглощать свет, сближаются, вызывая FRET. Возбужденная энергия донора передается безызлучательно акцептору, который становится возбужденным и испускает свет, вызывая уменьшение флуоресценции донора и увеличение флуоресценции акцептора. В биомедицинском обнаружении биологические молекулы часто маркируются, и FRET предназначен для обнаружения событий молекулярного связывания и изучения механизмов взаимодействия.

Механизм изменения электрических свойств: В химических датчиках квантовые точки модифицируются на поверхности электрода, адсорбция молекул целевого газа изменяет перенос заряда между квантовыми точками и электродом, вызывая изменение тока или потенциала электрода. Измеряя эти изменяющиеся электрические сигналы, можно обнаружить целевой газ.

Подготовка квантовых точек: существуют различные методы подготовки. Химический раствор прост в эксплуатации и может синтезировать большое количество. Контролируя температуру, время реакции, концентрацию реагентов и т. д., можно контролировать размер, форму и свойства квантовых точек, например, метод высокотемпературной термической инжекции, который может синтезировать высококачественные квантовые точки; метод молекулярно-лучевой эпитаксии может точно контролировать количество слоев и атомное расположение квантовых точек, растущих в сверхвысоком вакууме, готовя высококачественные квантовые точки, но оборудование является дорогим, а процесс сложным.

Модификация поверхности: Для улучшения стабильности, биосовместимости и специфической связывающей способности квантовых точек требуется модификация поверхности. Такие группы, как антитела, нуклеиновые кислоты, ферменты и т. д., соединяются химическим путем. В биомедицинских приложениях квантовые точки, модифицированные антителами, могут воздействовать на клетки и в то же время улучшать дисперсию квантовых точек, предотвращать агрегацию и поддерживать стабильную производительность.

Обнаружение и обработка сигнала: Интенсивность флуоресценции, и время жизни флуоресценции можно измерить с помощью флуоресцентного спектрометра и конфокального микроскопа; электрические сигналы можно измерить с помощью электрохимической рабочей станции и полевого транзистора. После получения сигнала он обрабатывается сложными алгоритмами и программным обеспечением для удаления шума, извлечения достоверной информации и обеспечения надежных и точных результатов обнаружения.