Kuantum nokta sensör teknolojisi

Kuantum nokta sensörü Kuantumun benzersiz fiziksel ve kimyasal özelliklerine dayanan teknoloji, birçok alanda uygulama potansiyeli göstermektedir. Nanoölçekli yarı iletken kristaller (1 - 10 nanometre) olarak kuantum noktaları, kuantum sınırlama etkisi ve özel optik ve elektriksel özellikler nedeniyle ayrı enerji seviyelerine sahiptir.

Floresan mekanizması:

1. Floresan söndürme ve geri kazanım: Hedef/iyonlar kuantum noktalarıyla etkileşime girerek enerji veya elektron transferi oluşturur ve uyarılmış durumdaki elektronlar radyasyonsuz süreçlerle temel duruma dönerek söndürmeye neden olur. Örneğin, çevresel izlemede, cıva iyonları kuantum noktalarındaki yüzey gruplarına bağlanarak floresan söndürmeye neden olur. Floresan yoğunluğundaki azalma ölçülerek, cıva iyonlarının konsantrasyonu nicel olarak belirlenebilir; belirli koşullar altında veya etkileşimi bozmak için reaktifler eklenerek, floresan kurtarma hedefin nitel ve nicel analizi için kullanılabilir.

2. Floresan rezonans enerji transferi (FRET): Işık yayan floresan kuantum noktaları (donörler) ve ışığı emebilen moleküller (akseptörler) birbirine yakınlaştırılır ve FRET'e neden olur. Donörün uyarılmış durum enerjisi radyasyonsuz olarak akseptöre aktarılır ve uyarılmış hale gelerek ışık yayar ve bu da donör floresansında bir azalmaya ve akseptör floresansında bir artışa neden olur. Biyomedikal tespitte, biyolojik moleküller sıklıkla etiketlenir ve FRET moleküler bağlanma olaylarını tespit etmek ve etkileşim mekanizmalarını incelemek içindir.

Elektriksel özelliklerde değişim mekanizması: Kimyasal sensörlerde, kuantum noktaları elektrot yüzeyinde değiştirilir, hedef gaz moleküllerinin adsorpsiyonu kuantum noktaları ile elektrot arasındaki yük taşınımını değiştirir ve elektrot akımında veya potansiyelinde bir değişime neden olur. Bu değişim elektrik sinyallerini ölçerek hedef gaz tespit edilebilir.

Kuantum nokta hazırlama: Çeşitli hazırlama yöntemleri vardır. Kimyasal çözeltinin kullanımı kolaydır ve büyük miktarda sentezlenebilir. Sıcaklığı, reaksiyon süresini, reaktan konsantrasyonunu vb. kontrol ederek, kuantum noktalarının boyutu, şekli ve özellikleri kontrol edilebilir, örneğin yüksek kaliteli kuantum noktaları sentezleyebilen yüksek sıcaklıklı termal enjeksiyon yöntemi; moleküler ışın epitaks yöntemi, ultra yüksek vakum altında büyüyen kuantum noktalarının katman sayısını ve atomik düzenini hassas bir şekilde kontrol edebilir, yüksek kaliteli kuantum noktaları hazırlayabilir, ancak ekipman pahalıdır ve süreç karmaşıktır.

Yüzey modifikasyonu: Kuantum noktalarının kararlılığını, biyouyumluluğunu ve spesifik bağlanma yeteneğini geliştirmek için yüzey modifikasyonu gereklidir. Antikorlar, nükleik asitler, enzimler vb. gibi tüm gruplar kimyasal yollarla bağlanır. Biyomedikal uygulamalarda, antikorlarla modifiye edilmiş kuantum noktaları hücreleri hedef alabilir ve aynı zamanda kuantum noktalarının dağılımını iyileştirebilir, kümeleşmeyi önleyebilir ve kararlı performansı koruyabilir.

Sinyal algılama ve işleme: Floresan yoğunluğu, ve floresan ömrü bir floresan spektrometresi ve bir konfokal mikroskop kullanılarak ölçülebilir; elektrik sinyalleri bir elektrokimyasal iş istasyonu ve bir alan etkili transistör kullanılarak ölçülebilir. Sinyal elde edildikten sonra, gürültüyü gidermek, geçerli bilgileri çıkarmak ve güvenilir ve doğru algılama sonuçları sağlamak için karmaşık algoritmalar ve yazılımlar tarafından işlenir.