Koloidiniai kvantiniai taškai. Kvantiniai taškai (QD)

abstrakčiai

WRC apima:

Aiškinamajame rašte yra 63 puslapiai, 18 paveikslų, 7 lentelės, 53 šaltiniai;

Pristatymas 25 skaidrės.

HIDROCHEMINĖS SINTEZĖS METODAS, KVANTINIAI TAŠKIAI, ŠVINO SULFIDAS, KADMIO SULFIDAS, KIETAS TIRPALAS, FOTONŲ KORELIACIJOS SPEKTROSKOPIJOS.

Šio darbo tyrimo objektas buvo CdS, PbS ir CdS-PbS kieto tirpalo kvantiniai taškai, gauti hidrocheminiu nusodinimu.

Šio baigiamojo kvalifikacinio darbo tikslas – hidrocheminės sintezės būdu iš vandeninių terpių gauti koloidinius kvantinius taškus CdS, PbS ir CdS-PbS sistemoje, taip pat ištirti jų dalelių dydžius ir ištirti liuminescencijos priklausomybę nuo dydžių.

Norint pasiekti šį tikslą, reikia optimizuoti reakcijos mišinį, ištirti sintezuojamų koloidinių tirpalų sudėtį, struktūrą, dalelių dydį ir savybes.

Visapusiškam kvantinių taškų tyrimui buvo naudojamas fotonų koreliacinės spektroskopijos metodas. Eksperimentiniai duomenys apdoroti kompiuterinėmis technologijomis ir išanalizuoti.

Santrauka 3

1.LITERATŪROS APŽVALGA 7

1.1. „Kvantinio taško“ sąvoka 7

1.2 Kvantinių taškų taikymas 9

1.2.1.Medžiagos lazeriams 10

1.2.2. Šviesos diodų medžiagos 11

1.2.3 Saulės kolektorių medžiagos 11

1.2.4 Lauko tranzistorių medžiagos 13

1.2.5 Naudojimas kaip biožymas 14

1.3. Kvantinių taškų mokymosi metodai 15

1.4 Kvantinių taškų savybės 18

1.5 Dalelių dydžių nustatymo metodai 21

1.5.1 Spektrofotometras Photocor Compact 21

2. 25 eksperimentinė procedūra

2.1 Hidrocheminės sintezės metodas 25

2.2 Cheminiai reagentai 27

2.3 Atliekų tirpalų šalinimas 27

2.4. Matavimo technika dalelių analizatoriuje Photocor Compact 28

2.4.1 Dinaminės šviesos sklaidos metodo pagrindai (fotonų koreliacinė spektroskopija) 28

3.Eksperimentinė dalis 30

3.1 Kvantinių taškų sintezė kadmio sulfido pagrindu 30

3.1.1 Kadmio druskos koncentracijos poveikis CdS 32 QD dalelių dydžiui

3.2 Kvantinių taškų sintezė švino sulfido pagrindu 33

3.2.1 Švino druskos koncentracijos įtaka PbS 34 QD dalelių dydžiui

3.3 Kvantinių taškų sintezė CdS-PbS 35 kieto tirpalo pagrindu

4. Gyvybės sauga 39

4.1.Gyvybės saugos skyriaus įvadas 39

4.2. Kenksmingi ir pavojingi gamybos veiksniai laboratorijoje 40

4.2.1 Kenksmingos medžiagos 40

4.2.2. Mikroklimato parametrai 42

4.2.3 Vėdinimas 43

4.2.5.Apšvietimas 45

4.2.6 Elektros sauga 46

4.2.7 Priešgaisrinė sauga 47

4.2.8 Avarinės situacijos 48

Išvados dėl BDZ 49 skyriaus

5.2.4. Trečiųjų šalių paslaugų išlaidų apskaičiavimas 55

Bendrosios išvados 59

Literatūra 60

Įvadas

Kvantinis taškas yra laidininko arba puslaidininkio fragmentas, kurio krūvininkai (elektronai arba skylės) yra riboti erdvėje visuose trijuose matmenyse. Kvantinio taško dydis turi būti toks mažas, kad kvantiniai efektai būtų reikšmingi. Tai pasiekiama, jei elektrono kinetinė energija yra pastebimai didesnė už visas kitas energijos skales: pirmiausia ji yra didesnė už temperatūrą, išreikštą energijos vienetais.

Kvantiniai taškai, priklausomai nuo jų dydžio ir cheminės sudėties, demonstruoja fotoliuminescenciją matomame ir artimame infraraudonųjų spindulių diapazone. Dėl didelio dydžio vienodumo (daugiau nei 95%) siūlomi nanokristalai turi siaurus emisijos spektrus (fluorescencijos smailės pusės plotis 20-30 nm), o tai užtikrina fenomenalų spalvos grynumą.

Ypatingą susidomėjimą kelia fotoliuminescenciniai kvantiniai taškai, kuriuose fotono sugertis sukelia elektronų skylių poras, o elektronų ir skylių rekombinacija sukelia fluorescenciją. Tokie kvantiniai taškai turi siaurą ir simetrišką fluorescencijos smailę, kurios padėtį lemia jų dydis. Taigi, priklausomai nuo dydžio ir sudėties, QD gali fluorescuoti UV, matomoje arba IR spektrinėje srityje.

LITERATŪROS APŽVALGA

1. „Kvantinio taško“ sąvoka

Koloidiniai kvantiniai taškai yra 2-10 nanometrų dydžio puslaidininkiniai nanokristalai, susidedantys iš 10 3 - 10 5 atomų, sukurti neorganinių puslaidininkinių medžiagų pagrindu, padengti stabilizatoriumi monosluoksniu (organinių molekulių „sluoksniu“, pav. . 1). Kvantiniai taškai yra didesni nei tradiciniai chemijai molekuliniai klasteriai (~ 1 nm, kurių turinys ne didesnis kaip 100 atomų). Koloidiniai kvantiniai taškai sujungia fizinius ir Cheminės savybės puslaidininkių optoelektroninių savybių turinčios molekulės.

1.1 pav. (a) Kvantinis taškas, padengtas stabilizatoriaus „sluoksniu“, (b) puslaidininkinės juostos struktūros transformacija mažėjant dydžiui.

Kvantinio dydžio efektai vaidina pagrindinį vaidmenį kvantinių taškų optoelektroninėse savybėse. Kvantinio taško energijos spektras iš esmės skiriasi nuo tūrinio puslaidininkio. Elektronas nanokristale elgiasi kaip trimačio potencialo „šulėje“. Yra keli stacionarūs elektrono energijos lygiai ir skylė su būdingu atstumu tarp jų , kur d yra nanokristalo (kvantinio taško) dydis (1b pav.). Taigi kvantinio taško energijos spektras priklauso nuo jo dydžio. Panašiai kaip perėjimas tarp energijos lygių atome, kai krūvininkai pereina tarp energijos lygių kvantiniame taške, fotonas gali būti spinduliuojamas arba absorbuojamas. Pereinamieji dažniai, t.y. sugerties arba liuminescencijos bangos ilgį, jį lengva valdyti keičiant kvantinio taško dydį (2 pav.). Todėl kvantiniai taškai kartais vadinami „dirbtiniais atomais“. Kalbant apie puslaidininkines medžiagas, tai gali būti vadinama galimybe valdyti efektyvų juostos tarpą.

Yra dar viena esminė savybė, skirianti koloidinius kvantinius taškus nuo tradicinių puslaidininkinių medžiagų – galimybė egzistuoti tirpalų, tiksliau, solų pavidalu. Ši savybė suteikia daugybę galimybių manipuliuoti tokiais objektais ir daro juos patrauklius technologijoms.

Energijos spektro priklausomybė nuo dydžio suteikia didžiulį potencialą praktiškai pritaikyti kvantinius taškus. Kvantiniai taškai gali būti pritaikyti optoelektrinėse sistemose, tokiose kaip šviesos diodai ir plokščios šviesos skleidžiančios plokštės, lazeriai, saulės elementai ir fotoelektriniai keitikliai, kaip biologiniai žymekliai, t.y. visur, kur reikalingos kintamos, pagal bangos ilgį reguliuojamos optinės savybės. Ant pav. 2 paveiksle parodytas CdS kvantinių taškų pavyzdžių liuminescencijos pavyzdys:

1.2 pav. CdS kvantinių taškų, kurių dydis yra 2,0-5,5 nm intervale, liuminescencija, paruoštų zolių pavidalu. Viršuje – be apšvietimo, apačioje – apšvietimas ultravioletiniais spinduliais.

Kvantinių taškų pritaikymas

Kvantiniai taškai turi didelį praktinio pritaikymo potencialą. Visų pirma, tai yra dėl galimybės valdyti efektyvų juostos tarpą keičiant dydį. Tokiu atveju pasikeis sistemos optinės savybės: liuminescencijos bangos ilgis, sugerties sritis. Dar viena praktiškai svarbi kvantinių taškų savybė – galimybė egzistuoti solių (tirpų) pavidalu. Tai leidžia lengvai gauti dangas iš kvantinių taškų plėvelių pigiais metodais, tokiais kaip sukamasis dengimas, arba užtepti kvantinius taškus naudojant rašalinį spausdinimą ant bet kokio paviršiaus. Visos šios technologijos leidžia išvengti brangių, tradicinių mikroelektronikai vakuuminių technologijų kuriant įrenginius, pagrįstus kvantiniais taškais. Taip pat dėl ​​sprendimų technologijų į tinkamas matricas galima įvesti kvantinius taškus ir sukurti kompozicines medžiagas. Analogija gali būti situacija su organinėmis liuminescencinėmis medžiagomis, kurios naudojamos kuriant šviesą skleidžiančius įrenginius, o tai lėmė LED technologijos bumą ir vadinamųjų OLED atsiradimą.

Medžiagos lazeriams

Galimybė keisti liuminescencijos bangos ilgį yra pagrindinis privalumas kuriant naujas lazerines laikmenas. Esamuose lazeriuose liuminescencijos bangos ilgis yra pagrindinė terpės charakteristika, o galimybė jį keisti yra ribota (lazeriai su derinamu bangos ilgiu naudoja savybes

rezonatoriai ir sudėtingesni efektai). Kitas kvantinių taškų privalumas yra didelis jų fotoatsparumas, palyginti su organiniais dažais. Kvantiniai taškai parodo neorganinių sistemų elgesį. Galimybę sukurti lazerinę laikmeną remiantis CdSe kvantiniais taškais pademonstravo Viktoro Klimovo vadovaujama tyrimų grupė JAV Los Alamos nacionalinėje laboratorijoje. Be to, parodyta galimybė stimuliuoti kvantinių taškų emisiją, pagrįstą kitomis puslaidininkinėmis medžiagomis, tokiomis kaip PbSe. Pagrindinis sunkumas yra trumpas sužadintos būsenos trukmė kvantiniuose taškuose ir šalutinis rekombinacijos procesas, kuriam reikalingas didelis siurblio intensyvumas. Šiuo metu stebimas ir stimuliuojamos generacijos procesas, ir sukurtas plonasluoksnio lazerio prototipas naudojant substratą su difrakcijos gardelėmis.

1.3 pav. Kvantinių taškų naudojimas lazeriuose.

Medžiagos šviesos diodams

Galimybė keisti liuminescencijos bangos ilgį ir paprastas plonų sluoksnių kūrimas remiantis kvantiniais taškais suteikia puikių galimybių kurti šviesą spinduliuojančius prietaisus su elektriniu sužadinimu – šviesos diodus. Be to, ypač domina plokščių ekranų kūrimas, o tai labai svarbu šiuolaikinei elektronikai. Rašalinio spausdinimo naudojimas lemtų proveržį

OLED technologija.

Norint sukurti šviesos diodą, tarp sluoksnių, turinčių p ir n tipo laidumą, dedamas vienas kvantinių taškų sluoksnis. Tai gali būti laidžios polimerinės medžiagos, kurios yra gana gerai išvystytos naudojant OLED technologiją ir gali būti lengvai sujungtos su kvantiniais taškais. Šviesą skleidžiančių prietaisų kūrimo technologijos kūrimą vykdo M. Bulovičiaus (MIT) vadovaujama mokslinė grupė.

Kalbant apie šviesos diodus, negalima nepaminėti „baltų“ šviesos diodų, kurie gali tapti alternatyva standartinėms kaitrinėms lempoms. Kvantiniai taškai gali būti naudojami puslaidininkiniams šviesos diodams koreguoti. Tokiose sistemose naudojamas optinis sluoksnio, kuriame yra kvantinių taškų, pumpavimas naudojant puslaidininkinį mėlyną šviesos diodą. Kvantinių taškų pranašumas šiuo atveju yra didelis kvantinis išeiga, didelis fotostabilumas ir galimybė sudaryti daugiakomponentinį kvantinių taškų rinkinį su skirtingu spinduliavimo ilgiu, kad būtų gautas spinduliuotės spektras, artimesnis „baltajam“.

Medžiagos saulės elementams

Saulės baterijų kūrimas yra viena iš perspektyvių koloidinių kvantinių taškų taikymo sričių. Šiuo metu tradicinės silicio baterijos turi didžiausią konversijos koeficientą (iki 25%). Tačiau jie yra gana brangūs ir esamos technologijos neleidžia sukurti didelio ploto baterijų (arba tai per brangu gaminti). 1992 m. M. Gratzelis pasiūlė saulės elementų kūrimo metodą, pagrįstą 30 medžiagų, turinčių didelį specifinį paviršiaus plotą (pavyzdžiui, nanokristalinio TiO2), panaudojimu. Suaktyvinimas matomas spektro diapazonas pasiekiamas pridedant fotosensibilizatoriaus (kai kurių organinių dažiklių). Kvantiniai taškai gali puikiai veikti kaip fotosensibilizatorius, nes jie leidžia valdyti sugerties juostos padėtį. Kiti svarbūs privalumai yra didelis ekstinkcijos koeficientas (gebėjimas sugerti didelę fotonų dalį plonu sluoksniu) ir didelis fotostabilumas, būdingas neorganinei šerdies.

1.4 pav. Kvantinių taškų naudojimas saulės elementuose.

Kvantinio taško sugertas fotonas veda į fotosužadinto elektrono ir skylės susidarymą, kurie gali patekti į elektronų ir skylių transportavimo sluoksnius, kaip schematiškai parodyta paveikslėlyje. Tokie transportavimo sluoksniai gali veikti n ir p tipo laidumo laidus polimerai, elektronų pernešimo sluoksnio atveju, analogiškai Gratzel elementui, galima naudoti porėtus metalo oksidų sluoksnius. Tokios saulės baterijos turi svarbų pranašumą, pavyzdžiui, galimybę sukurti lanksčius elementus dengiant sluoksnius ant polimerinio pagrindo, taip pat santykinis pigumas ir gamybos paprastumas. Publikacijų apie galimus kvantinių taškų pritaikymus saulės elementams galima rasti P. Alivisatos ir A. Nozico darbuose.

Medžiagos FET

Kvantinių taškų masyvų, kaip laidžių sluoksnių, panaudojimas mikroelektronikoje yra labai perspektyvus, nes galima naudoti paprastas ir pigias „tirpalo“ nusodinimo technologijas. Tačiau šiuo metu pritaikymą riboja itin didelė (~1012 Ohm*cm) kvantinių taškų sluoksnių varža. Viena iš priežasčių yra didelis (žinoma pagal mikroskopinius standartus) atstumas tarp atskirų kvantinių taškų, kuris, naudojant standartinius stabilizatorius, tokius kaip trioktilfosfino oksidas arba oleino rūgštis, yra nuo 1 iki 2 nm, o tai yra per didelis efektyviam tuneliavimui. krūvininkų. Tačiau kai trumpesnės grandinės molekulės naudojamos kaip stabilizatoriai, galima sumažinti atstumą tarp dalelių iki tokio lygio, kuris priimtinas krūvininkų tuneliavimui (~0,2 nm, kai naudojamas piridinas arba hidrazinas).

1.5 pav. Kvantinių taškų naudojimas lauko tranzistoriuose.

2005 metais K.Murray ir D.Talapinas pranešė apie plonasluoksnio lauko tranzistoriaus, pagrįsto PbSe kvantiniais taškais, sukūrimą naudojant hidrazino molekules paviršiaus pasyvavimui. Kaip parodyta, švino chalkogenidai yra perspektyvūs kuriant laidžius sluoksnius dėl jų didelės dielektrinės konstantos ir didelio būsenų tankio laidumo juostoje.

Naudoti kaip biožymes

Fluorescencinių etikečių, pagrįstų kvantiniais taškais, kūrimas yra labai perspektyvus. Galima išskirti tokius kvantinių taškų pranašumus prieš organinius dažus: galimybė valdyti liuminescencijos bangos ilgį, didelis ekstinkcijos koeficientas, tirpumas įvairiuose tirpikliuose, liuminescencijos stabilumas aplinkai, didelis fotostabilumas. Taip pat galime atkreipti dėmesį į kvantinių taškų paviršiaus cheminio (arba, juo labiau, biologinio) modifikavimo galimybę, leidžiančią pasirinktinai prisijungti prie biologinių objektų. Dešiniajame paveikslėlyje parodytas ląstelių elementų dažymas naudojant vandenyje tirpius kvantinius taškus, kurie šviečia matomame diapazone. 1.6 paveiksle pateiktas neardomojo optinės tomografijos metodo naudojimo pavyzdys. Nuotrauka buvo padaryta artimame IR diapazone, naudojant kvantinius taškus, kurių liuminescencija yra 800–900 nm (šiltakraujo kraujo skaidrumo langas), įvestus į pelę.

1.6 pav. Kvantinių taškų kaip biožymų naudojimas.

Kvantinių taškų mokymosi metodai

Šiuo metu yra sukurti metodai nanomedžiagoms gauti tiek nanomiltelių pavidalu, tiek inkliuzų pavidalu akytose arba monolitinėse matricose. Šiuo atveju kaip nanofazė gali veikti fero- ir ferimagnetai, metalai, puslaidininkiai, dielektrikai ir kt. Visus nanomedžiagų gavimo būdus galima suskirstyti į dvi dideles grupes pagal nanostruktūrų formavimo tipą: „Iš apačios į viršų“ metodams būdingas nanodalelių augimas arba nanodalelių surinkimas iš atskirų atomų; ir „iš viršaus į apačią“ metodai yra pagrįsti dalelių „smulkinimu“ iki nanodydžio (1.7 pav.).

1.7 pav. Nanomedžiagų gavimo būdai.

Kita klasifikacija apima sintezės metodų skirstymą pagal nanodalelių gavimo ir stabilizavimo metodą. Pirmajai grupei priklauso vadinamieji.

didelės energijos naudojimo metodai, pagrįsti greitu garų kondensavimu

sąlygos, užkertančios kelią susidariusių dalelių agregacijai ir augimui. Pagrindinis

Skirtumai tarp šios grupės metodų yra nanodalelių išgarinimo ir stabilizavimo būdai. Išgarinimas gali būti atliekamas sužadinant plazmą (plazma-ark), naudojant lazerio spinduliuotę (lazerinė abliacija),

voltų lankas (anglies lankas) arba šiluminis poveikis. Kondensacija vykdoma esant aktyviajai paviršiaus medžiagai, kurios adsorbcija ant dalelių paviršiaus sulėtina augimą (garų gaudymas), arba ant šalto pagrindo, kai auga.

dalelių kiekį riboja difuzijos greitis. Kai kuriais atvejais kondensatas

yra atliekami esant inertiniam komponentui, kuris leidžia tikslingai gauti skirtingos mikrostruktūros nanokompozitines medžiagas. Jeigu

komponentai yra tarpusavyje netirpūs, gautų kompozitų dalelių dydis gali būti keičiamas termiškai apdorojant.

Antrajai grupei priskiriami mechanocheminiai metodai (rutulinis malimas), kurie leidžia gauti nanosistemas sumalant tarpusavyje netirpius komponentus planetinėse malūnuose arba skaidant kietus tirpalus

naujų fazių susidarymas veikiant mechaniniams įtempiams. Trečioji metodų grupė paremta erdviškai ribotų sistemų – nanoreaktorių (micelių, lašų, ​​plėvelių ir kt.) naudojimu. Šie metodai apima sintezę atvirkštinėse micelėse, Langmuir-Blodgett plėvelėse, adsorbcijos sluoksniuose arba kietosios fazės nanoreaktoriuose. Akivaizdu, kad šiuo atveju susidariusių dalelių dydis negali viršyti

atitinkamo nanoreaktoriaus dydžio, todėl šie metodai leidžia gauti monodispersines sistemas. Be to, naudojimas

koloidiniai nanoreaktoriai leidžia gauti įvairių formų ir anizotropijos nanodaleles (taip pat ir mažas), taip pat daleles su dangomis.

Šis metodas naudojamas beveik visų klasių nanostruktūroms gauti – nuo ​​vienkomponentinio metalo iki daugiakomponenčio oksido. Tai taip pat apima metodus, pagrįstus ultramikrodispersinių ir koloidinių dalelių susidarymu tirpaluose polikondensacijos metu, esant aktyviosioms paviršiaus medžiagoms, kurios užkerta kelią agregacijai. Svarbu, kad šį konkretų metodą, pagrįstą susidariusios struktūros papildomumu pradiniam šablonui, laukinė gamta naudotų gyvų sistemų dauginimuisi ir funkcionavimui (pavyzdžiui, baltymų sintezei, DNR, RNR replikacijai ir kt.). grupei priskiriami cheminiai metodai, gauti labai porėtoms ir smulkiai dispersinėms struktūroms (Rieke metalai, Raney nikelis), pagrįsti vieno iš mikroheterogeninės sistemos komponentų pašalinimu dėl cheminės reakcijos arba anodinio tirpimo. Šie metodai taip pat apima tradicinį nanokompozitų gavimo būdą, kai stiklinę ar druskos matricą gesina ištirpusia medžiaga, todėl matricoje išsiskiria šios medžiagos nanoinkliuzai (stiklo kristalizacijos metodas). Šiuo atveju aktyviojo komponento įvedimas į matricą gali būti atliekamas dviem būdais: pridedant jį prie lydalo, po to gesinant ir tiesiogiai įvedant į kietą matricą naudojant jonų implantaciją.

Kvantinių taškų savybės

Dėl unikalių kvantinių taškų (QD) optinių savybių jie yra perspektyvi medžiaga, naudojama įvairiose srityse. Visų pirma plėtojama QD naudojimas šviesos dioduose, ekranuose, lazeriuose ir saulės elementuose. Be to, jie gali būti konjuguoti su biomolekulėmis per kovalentinį ryšį tarp ligandų grupių, apimančių QD, ir funkcines biomolekulių grupes. Taigi jie naudojami kaip fluorescencinės etiketės įvairiuose biologiniuose tyrimuose, pradedant imuniniais tyrimais ir baigiant audinių vaizdavimu ir vaistų sekimu organizme. QD naudojimas bioanalizėje šiuo metu yra viena iš perspektyvių liuminescencinių nanokristalų taikymo sričių. Tokios unikalios QD savybės, kaip emisijos spalvos priklausomybė nuo dydžio, didelis fotostabilumas ir platus sugerties spektras, daro juos idealiais fluoroforais ultrajautriam, daugiaspalviam biologinių objektų aptikimui ir medicininei diagnostikai, kuriai reikia registruoti kelis parametrus vienu metu.

Puslaidininkiniai QD yra nanokristalai, kurių matmenys visomis trimis kryptimis yra mažesni už tam tikros medžiagos Boro eksitono spindulį. Tokiuose objektuose pastebimas dydžio efektas: nuo nanodalelių dydžio ir formos priklauso optinės savybės, ypač juostos tarpas (ir atitinkamai emisijos bangos ilgis) ir ekstinkcijos koeficientas. , QD turi unikalias optines ir chemines charakteristikas:

Didelis fotostabilumas, leidžiantis padauginti sužadintos spinduliuotės galią ir ilgą laiką stebėti fluorescencinės etiketės elgesį realiu laiku.

Platus sugerties spektras – dėl kurio skirtingo skersmens QD gali vienu metu sužadinti šviesos šaltiniu, kurio bangos ilgis yra 400 nm (ar kitoks), o šių mėginių emisijos bangos ilgis svyruoja 490–590 nm diapazone (fluorescencinė spalva nuo nuo mėlynos iki oranžinės-raudonos).

Simetriška ir siaura (smailės plotis esant pusei maksimumo neviršija 30 nm) QD fluorescencijos smailė supaprastina daugiaspalvių etikečių gavimo procesą.

QD šviesumas yra toks didelis, kad juos galima aptikti kaip atskirus objektus naudojant fluorescencinį mikroskopą.

Norint naudoti QD bioanalizėje, jiems taikomi reikalavimai, susiję su tirpumu vandenyje ir biologiniu suderinamumu (nes neorganinė šerdis netirpi vandenyje), taip pat su aiškiu dalelių dydžio pasiskirstymu ir laikymo stabilumu. Norint suteikti QD vandenyje tirpių savybių, yra keletas sintezės būdų: arba QD yra sintetinami tiesiogiai vandeninėje fazėje; arba QD, gauti organiniuose tirpikliuose, tada perkeliami į vandeninius tirpalus, modifikuojant ligando sluoksnį, dengiantį QD.

Sintezė vandeniniuose tirpaluose leidžia gauti hidrofilinius QD; tačiau pagal daugelį savybių, tokių kaip fluorescencijos kvantinė išeiga, dalelių dydžio pasiskirstymas ir stabilumas laikui bėgant, jie yra žymiai prastesni už puslaidininkinius QD, gautus organinėse fazėse. Taigi, norint naudoti kaip biologinius ženklus, QD dažniausiai sintetinami aukštoje temperatūroje organiniuose tirpikliuose pagal metodą, pirmą kartą taikytą 1993 m. Murray ir kt. mokslinės grupės. Pagrindinis sintezės principas – Cd metalo pirmtakų ir Se chalkogeno tirpalų įpurškimas į koordinacinį tirpiklį, įkaitintą iki aukštos temperatūros. Pailgėjus proceso laikui, absorbcijos spektras pasislenka į ilgo bangos ilgio sritį, o tai rodo CdSe kristalų augimą.

CdSe branduolių fluorescencinis ryškumas yra mažas - jų kvantinė išeiga (QE), kaip taisyklė, neviršija 5%. Siekiant padidinti CV ir fotostabilumą, fluorescencinės CdSe šerdys yra padengtos panašios struktūros ir sudėties platesnio tarpo puslaidininkio sluoksniu, kuris pasyvina šerdies paviršių ir taip žymiai padidina fluorescencinį CV. Panaši apvalkalo ir šerdies kristalinė struktūra - būtina sąlyga, kitaip nebus vienodo augimo, o struktūrų skirtumas gali sukelti fazių ribos defektus. Kadmio selenido šerdims padengti naudojami platesnio tarpo puslaidininkiai, tokie kaip cinko sulfidas, kadmio sulfidas ir cinko selenidas. Tačiau cinko sulfidas, kaip taisyklė, auga tik ant mažų kadmio selenido branduolių. d(CdSe)< 3 нм). Согласно , наращивание оболочки ZnS на ядрах CdSe большего диаметра затруднительно из-за большой разницы в параметрах кристаллических решёток CdSe и ZnS. Поэтому при наращивании ZnS непосредственно на ядрах CdSe диаметром более ~3 нм между ядром и сульфидом цинка помещают промежуточный слой – наращивают оболочку селенида цинка или сульфида кадмия, которые имеют промежуточные между CdSe и ZnS параметры кристаллической решётки и величину запрещённой зоны .

Yra du pagrindiniai hidrofobinių QD pavertimo vandeniniais tirpalais būdai: ligando pakeitimo metodas ir dengimas amfifilinėmis molekulėmis. Be to, QD dengimas silicio oksido apvalkalu dažnai išskiriamas kaip atskira kategorija.

Dalelių dydžio nustatymo metodai

Minėtos koloidinių kvantinių taškų savybės pasireiškia esant dydžio efektui, todėl būtina išmatuoti dalelių dydį.

Šiame WRC matavimai buvo atlikti su Photocor Compact įrenginiu, įrengtu Uralo federalinio universiteto Fizinės ir koloidinės chemijos katedroje, taip pat Zetasizer Nano Z prietaisu Kietojo kūno chemijos institute, Uralo filiale. Rusijos mokslų akademija.

SpektrofotometrasPhotocor Compact

Laboratorinio spektrometro Photocor Compact išdėstymas parodytas 1.8 pav.:

1.8 pav. „Photocor Compact“ spektrometro schema.

Prietaise naudojamas termiškai stabilizuotas diodinis lazeris, kurio bangos ilgis λ = 653,6 nm. Lazerio spindulys praeina per fokusavimo lęšį L1, kurio židinio nuotolis yra 90 mm, surenkamas ant tiriamo mėginio, kur jį išsklaido mikroskopiniai nanodalelių svyravimai. Išsklaidyta šviesa matuojama stačiu kampu, praeina per diafragmą d = 0,7 mm, objektyvas L2 sufokusuojamas ant antrosios 100 μm diafragmos, tada permatomu veidrodžiu padalijama per pusę ir patenka ant dviejų PMT. Norint išlaikyti surinkimo nuoseklumą, priešais PMT esanti skylutė turi būti pirmos Frenelio zonos dydžio. Esant mažesniems dydžiams, signalo ir triukšmo santykis mažėja; didėjant dydžiui, koherencija mažėja ir koreliacijos funkcijos amplitudė. „Photocor-Compact“ spektrometras naudoja du PMT, matuojama jų signalų kryžminės koreliacijos funkcija, tai leidžia pašalinti PMT triukšmą, nes jie nėra koreliuojami, o signalų iš PMT kryžminės koreliacijos funkcija bus lygiavertė koreliacijai. išsklaidytos šviesos funkcija. Naudojamas daugiakanalis (288 kanalų) koreliatorius, iš kurio signalus nuskaito kompiuteris. Jis valdo įrenginį, matavimo procesą ir matavimo rezultatų apdorojimą.

Gauti tirpalai buvo matuojami koreliacijos spektrometru. Naudodami Photocor programinę įrangą galite stebėti matavimų eigą ir valdyti koreliatorių. Matavimų metu naudojamas viso matavimo laiko padalijimas į dalis, analizuojamos gautos koreliacijos funkcijos ir sklaidos intensyvumas, o jei vidutinis intensyvumas tam tikru laiko intervalu yra didesnis nei kituose, šio intervalo matavimai yra ignoruojami, poilsio vidurkis. Tai leidžia pašalinti koreliacijos funkcijos iškraipymus dėl retų dulkių dalelių (kelių mikronų dydžio).

1.9 paveiksle parodyta Photocor Software koreliacinio spektrometro programinė įranga:

1.9 pav. Photocor programinės įrangos koreliacijos spektrometro programinė įranga.

Grafikai 1,2,4 - išmatuotos koreliacijos funkcijos logaritmine skale: 1 - kf, matuojamas tam tikru laiku, 2 - išmatuotos funkcijos, 4 - rodoma visuminės koreliacijos funkcija; 3 grafikas - mėginio temperatūra; 5 grafikas – sklaidos intensyvumas.

Programa leidžia keisti lazerio intensyvumą, temperatūrą (3), vieno matavimo laiką ir matavimų skaičių. Matavimo tikslumas, be kita ko, priklauso nuo šių parametrų rinkinio.

Sukauptą koreliacijos funkciją apdorojo programa DynaLS, jos programinė įranga parodyta 1.10 pav.:

Ryžiai. 1.10. Koreliacinių funkcijų apdorojimo programinė įranga, DynaLC.

1 – išmatuota koreliacijos funkcija, aproksimuota pagal teorinę; 2 – skirtumas tarp gautų teorinių ir išmatuotų eksponentinių funkcijų; 3 - gautas dydžio skirstinys, rastas priartinus teorinę funkciją prie eksperimentinės; 4 - rezultatų lentelė. Lentelėje: pirmas stulpelis – rastų sprendimų skaičius; antrasis yra šių sprendimų „sritis“; trečioji yra vidutinė vertė; ketvirta yra didžiausia vertė; pastaroji yra sprendinio (klaidos) sklaida. Taip pat pateikiamas kriterijus, kuris parodo, kaip gerai teorinė kreivė sutampa su eksperimentine.

Eksperimentinė technika

Hidrocheminės sintezės metodas

Cheminis nusodinimas iš vandeninių tirpalų yra ypač patrauklus ir perspektyvus galutinių rezultatų požiūriu. Hidrocheminio nusodinimo metodas išsiskiria dideliu našumu ir ekonomiškumu, technologinio dizaino paprastumu, galimybe nusodinti daleles ant sudėtingos formos ir skirtingo pobūdžio paviršiaus, taip pat sluoksnio legiravimu organiniais jonais ar molekulėmis, kurios neleidžia aukštai temperatūrai. kaitinimas ir „minkštosios cheminės“ sintezės galimybė. Pastarasis leidžia šį metodą laikyti perspektyviausiu metastabilių sudėtingos struktūros metalų chalkogenidų junginiams gauti. Hidrocheminė sintezė yra perspektyvus metalo sulfido kvantinių taškų gamybos metodas, galintis suteikti daugybę jų savybių. Sintezė atliekama reakcijos vonioje, kurioje yra metalo druska, šarmas, kalkogenizatorius ir komplekso formuotojas.

Be pagrindinių reagentų, sudarančių kietąją fazę, į tirpalą įvedami ligandai, galintys surišti metalo jonus į stabilius kompleksus. Šarminė aplinka yra būtina chalkogenizatoriaus skilimui. Kompleksą formuojančių medžiagų vaidmuo hidrocheminėje sintezėje yra labai svarbus, nes jo įvedimas žymiai sumažina laisvųjų metalų jonų koncentraciją tirpale ir dėl to sulėtina sintezės procesą, neleidžia greitai nusodinti kietosios fazės, užtikrinant formavimąsi ir augimą. kvantinių taškų. Hidrocheminės sintezės procesui lemiamą įtaką turi kompleksinių metalų jonų susidarymo stiprumas, taip pat fizikinė ir cheminė ligando prigimtis.

KOH, NaOH, NH naudojami kaip šarmai 4 OH arba etilendiaminas. Įvairių tipų chalkogenizatoriai taip pat turi tam tikrą poveikį hidrocheminiam nusodinimui ir šalutinių sintezės produktų buvimui. Priklausomai nuo chalkogenizatoriaus tipo, sintezė pagrįsta dviem cheminėmis reakcijomis:

(2.1)

, (2.2)

Kur yra sudėtingas metalo jonas.

Netirpios metalo chalkogenido fazės susidarymo kriterijus yra persotinimas, kuris apibrėžiamas kaip kvantinius taškus sudarančių jonų joninio produkto santykis su kietosios fazės tirpumo sandauga. Pradinėse proceso stadijose gana sparčiai didėja branduolių susidarymas tirpale ir dalelių dydis, o tai susiję su didelėmis jonų koncentracijomis reakcijos mišinyje. Tirpale išsekus šių jonų, kietųjų medžiagų susidarymo greitis mažėja, kol sistemoje pasiekiama pusiausvyra.

Reagentų, skirtų darbiniam tirpalui ruošti, išleidimo tvarka yra griežtai nustatyta. To reikia dėl to, kad chalkogenidų nusodinimo procesas yra nevienalytis, o jo greitis priklauso nuo pradinių naujos fazės susidarymo sąlygų.

Darbinis tirpalas ruošiamas sumaišant apskaičiuotus pradinių medžiagų tūrius. Kvantinių taškų sintezė atliekama stikliniame reaktoriuje, kurio tūris yra 50 ml. Pirmiausia į reaktorių įpilamas apskaičiuotas kadmio druskos tūris, tada įpilamas natrio citratas ir įpilamas distiliuotas vanduo. Po to, kai tirpalas šarminamas ir į jį pridedama tiokarbamido. Sintezei stabilizuoti į reakcijos mišinį įpilamas apskaičiuotas tūris Trilono B. Gauti kvantiniai taškai aktyvuojami ultravioletinėje šviesoje.

Šis metodas buvo sukurtas Uralo federalinio universiteto Fizinės ir koloidinės chemijos katedroje ir daugiausia buvo naudojamas plonoms metalų chalkogenidų plėvelėms ir kietiems tirpalams jų pagrindu gauti. Tačiau šiame darbe atlikti tyrimai parodė jo pritaikomumą kvantinių taškų, pagrįstų metalų sulfidais, ir kietų jų tirpalų sintezei.

Cheminiai reagentai

Hidrocheminei kvantinių taškų CdS, PbS, Cd x Pb 1- x S sintezei,

Buvo naudojamos šios cheminės medžiagos:

kadmio chloridas CdCl 2, h, 1 M;

švino acetatas Pb(CH 3 COO) 2 ZH 2 0, h, 1 M;

tiokarbamidas (NH2)2CS, h, 1,5 M;

natrio citratas Na 3 C 6 H 5 O 7, 1 M;

natrio hidroksidas NaOH, analitinis, 5 M;

Paviršinio aktyvumo medžiaga Praestol 655 m. pr. Kr.;

Paviršinio aktyvumo medžiaga ATM 10-16 (alkil-C10-16 trimetilamonio chloridas Cl, R=C10-C16);

Etilendiaminotetraacto rūgšties dinatrio druska

C 10 H 14 O 8 N 2 Na 2 2 H 2 0,1 M.

Stabilizatorių CMC nustatymas buvo atliktas naudojant ANION konduktometrą.

Atliekų tirpalų šalinimas

Filtruotas tirpalas po hidrocheminio nusodinimo, kuriame yra tirpių kadmio, švino, kompleksuojančių medžiagų ir tiokarbamido druskų, pašildomas iki 353 K, įpilama vario sulfato (105 g 1 litrui reakcijos mišinio, 1 g iki violetinės spalvos). atsirado spalva), kaitinama iki virimo ir atlaikė in per 10 minučių. Po to mišinys paliekamas kambario temperatūroje 30-40 min., o susidariusios nuosėdos nufiltruojamos ir sujungiamos su ankstesniame etape filtruotomis nuosėdomis. Filtratas, kuriame yra kompleksinių junginių, kurių koncentracija mažesnė už didžiausią leistiną koncentraciją, buvo atskiestas vandeniu iš čiaupo ir supiltas į miesto kanalizaciją.

Dalelių analizatoriaus matavimo procedūraPhotocorKompaktiška

Photocor Compact dalelių dydžio analizatorius skirtas matuoti dalelių dydį, difuzijos koeficientą ir polimerų molekulinę masę. Prietaisas skirtas tradiciniams fizikiniams ir cheminiams tyrimams, taip pat naujiems nanotechnologijų, biochemijos ir biofizikos pritaikymams.

Dalelių dydžio analizatoriaus veikimo principas pagrįstas dinaminės šviesos sklaidos reiškiniu (fotonų koreliacinės spektroskopijos metodas). Išmatavus išsklaidytos šviesos intensyvumo svyravimų ir integruoto sklaidos intensyvumo koreliacijos funkciją, galima rasti skystyje išsklaidytų dalelių dydį ir polimero molekulių molekulinę masę. Išmatuotų dydžių diapazonas yra nuo nm frakcijų iki 6 µm.

Dinaminės šviesos sklaidos metodo (fotonų koreliacinės spektroskopijos) pagrindai

Correlator Photocor-FC yra universalus prietaisas, skirtas matuoti laiko koreliacijos funkcijas. Dviejų signalų l 1 (t) ir l 2 (t) (pavyzdžiui, šviesos sklaidos intensyvumo) kryžminės koreliacijos funkcija G 12 apibūdina dviejų signalų ryšį (panašumą) laiko srityje ir apibrėžiama taip:

kur vėlavimo laikas. Kampiniai skliaustai žymi laiko vidurkį t. Autokoreliacijos funkcija apibūdina ryšį tarp signalo I 1 (t) ir to paties signalo uždelstos versijos 1 2 (t+):

Remiantis koreliacijos funkcijos apibrėžimu, koreliatoriaus veikimo algoritmas apima šias operacijas:

Photocor-FC koreliatorius sukurtas specialiai fotonų koreliacinės spektroskopijos (PCS) signalų analizei. PCS metodo esmė tokia: lazerio spinduliui praeinant pro tiriamąjį skystį, kuriame yra suspenduotų išsklaidytų dalelių, dalis šviesos išsklaido dalelių skaičiaus koncentracijos svyravimus. Šios dalelės atlieka Brauno judesį, kurį galima apibūdinti difuzijos lygtimi. Iš šios lygties sprendimo gaunama išraiška, kuri susieja išsklaidytos šviesos spektro pusę pločio Г (arba būdingą svyravimų atsipalaidavimo laiką Тс) su difuzijos koeficientu D:

Kur q yra svyravimų, ant kurių sklinda šviesa, bangos vektoriaus modulis. Difuzijos koeficientas D yra susietas su hidrodinaminiu dalelių spinduliu R pagal Einšteino-Stokso lygtį:

kur k yra Boltzmanno konstanta, T yra absoliuti temperatūra, - tirpiklio šlyties klampumas.

Eksperimentinė dalis

1. Kvantinių taškų sintezė kadmio sulfido pagrindu

CdS kvantinių taškų tyrimas kartu su PbS QD yra pagrindinė šio WRC kryptis. Taip yra visų pirma dėl to, kad šios medžiagos savybės hidrocheminėje sintezėje yra gerai ištirtos ir tuo pačiu metu ji mažai naudojama QD sintezei. Buvo atlikta eksperimentų serija, siekiant gauti kvantinius taškus tokios sudėties reakcijos mišinyje, mol/l: =0,01; = 0,2; = 0,12; [TM] = 0,3. Šiuo atveju reagentų pylimo seka yra griežtai apibrėžta: į kadmio chlorido tirpalą įpilama natrio citrato tirpalo, mišinys kruopščiai maišomas, kol ištirps susidariusios nuosėdos ir skiedžiamas distiliuotu vandeniu. Tada tirpalas šarminamas natrio hidroksidu ir į jį pridedama tiokarbamido, nuo šio momento prasideda reakcijos laikas. Paskutinis, kaip stabilizuojantis priedas, pridedamas tinkamiausias stabilizatorius, šiuo atveju Trilon B (0,1 M). Reikalingas tūris buvo nustatytas eksperimentiniu būdu. Eksperimentai buvo atlikti 298 K temperatūroje, aktyvinimas atliktas UV šviesoje.

Pridėtų reagentų tūriai buvo apskaičiuoti pagal ekvivalentų dėsnį, naudojant pradinių medžiagų pradinių koncentracijų vertes. Reakcijos indas buvo pasirinktas 50 ml tūrio.

Reakcijos mechanizmas panašus į plonų plėvelių susidarymo mechanizmą, tačiau priešingai nei jis, QD sintezei naudojama šarmingesnė terpė (pH=13,0) ir stabilizatorius Trilon B, kuris sulėtina reakciją dėl CdS dalelių gaubtas ir leidžia gauti mažo dydžio daleles (nuo 3 nm).

Pradiniu laiko momentu tirpalas yra skaidrus, po minutės pradeda šviesti geltonai. Aktyvuojant ultravioletinėje šviesoje tirpalas yra ryškiai žalias. Parenkant optimalias koncentracijas, taip pat stabilizatorius (šiuo atveju Trilon B), tirpalas išlaiko savo matmenis iki 1 valandos, po to susidaro aglomeratai ir pradeda kristi nuosėdos.

Matavimai atlikti Photocor Compact dalelių dydžio analizatoriumi, rezultatai apdoroti DynaLS programa, kuri analizuoja koreliacijos funkciją ir perskaičiuoja iki vidutinių dalelių spindulio tirpale. Ant pav. 3.1 ir 3.2 paveiksluose parodyta DynaLS programos sąsaja, taip pat koreliacijos funkcijos, skirtos CdS QD dalelių dydžiui matuoti, apdorojimo rezultatai:

3.1 pav. DynaLS programos sąsaja pašalinant CdS QD sprendimo koreliacijos funkciją.

3.2 pav. CdS QD sprendimo koreliacinės funkcijos apdorojimo rezultatai.

Pagal pav. 3.2 parodyta, kad tirpale yra 2 nm spindulio dalelių (smailė Nr. 2), taip pat didelių aglomeratų. Smailės nuo 4 iki 6 rodomos su klaida, nes tirpale yra ne tik Brauno dalelių judėjimas.

Kadmio druskos koncentracijos poveikis QD dalelių dydžiuiCDS

Norint pasiekti kvantinių taškų dydžio efektą, būtina parinkti optimalias pradinių reagentų koncentracijas. Šiuo atveju svarbų vaidmenį vaidina kadmio druskos koncentracija, todėl būtina atsižvelgti į CdS dalelių dydžio pokytį kintant CdCl 2 koncentracijai.

Pakeitus kadmio druskos koncentraciją, gautos šios priklausomybės:

3.3 pav. Kadmio druskos koncentracijos įtaka CdS QD dalelių dydžiui esant =0,005M (1), =0,01M (2), =0,02M.

11 paveiksle parodyta, kad pasikeitus CdCl 2 koncentracijai, CdS dalelių dydis pasikeičia nežymiai. Tačiau eksperimento metu buvo įrodyta, kad būtina išlikti optimalios koncentracijos diapazone, kur susidaro dalelės, galinčios sukurti dydžio efektą.

Kvantinių taškų sintezė švino sulfido pagrindu

Kita įdomi šio WRC kryptis buvo kvantinių taškų tyrimas švino sulfido pagrindu. Šios medžiagos, kaip ir CdS, savybės hidrocheminėje sintezėje yra gerai ištirtos, be to, švino sulfidas yra mažiau toksiškas, todėl išplečiama jo taikymo sritis medicinoje. PbS QD sintezei buvo naudojami šie reagentai, mol/L: [PbAc 2 ] = 0,05; = 0,2; = 0,12; [TM] = 0,3. Pilimo tvarka tokia pati kaip ir CdS preparato: į acetato tirpalą įpilama natrio citrato tirpalo, mišinys kruopščiai maišomas, kol ištirps susidariusios nuosėdos ir praskiedžiama distiliuotu vandeniu. Tada tirpalas šarminamas natrio hidroksidu ir į jį pridedama tiokarbamido, nuo šio momento prasideda reakcijos laikas. Paskutinis, kaip stabilizuojantis priedas, yra paviršinio aktyvumo medžiaga praestolis. Eksperimentai buvo atlikti 298 K temperatūroje, aktyvinimas atliktas UV šviesoje.

Iš pradžių reakcijos mišinys yra skaidrus, bet po 30 minučių pradeda lėtai drumsti, tirpalas tampa šviesiai smėlio spalvos. Įdėjus praestolio ir išmaišius, tirpalo spalva nepasikeičia. Po 3 minučių tirpalas įgauna ryškiai geltonai žalią švytėjimą UV šviesoje, praeindamas, kaip ir CdS atveju, žalią spektro dalį.

Matavimai buvo atlikti Photocor Compact dydžio analizatoriumi. Koreliacijos funkcija ir matavimo rezultatai parodyti Fig. 3.4 ir 3.5 atitinkamai:

3.4 pav. DynaLS programos sąsaja pašalinant PbS QD sprendimo koreliacijos funkciją.

Ryžiai. 3.5.PbS QD sprendimo koreliacinės funkcijos apdorojimo rezultatai.

Pagal pav. 13 parodyta, kad tirpale yra dalelių, kurių spindulys yra 7,5 nm, taip pat aglomeratų, kurių spindulys yra 133,2 nm. 2 ir 3 smailės rodomos su klaida, nes tirpale yra ne tik Brauno judėjimas, bet ir reakcijos eiga.

Švino druskos koncentracijos įtaka QD dalelių dydžiuiPbS

Kaip ir CdS koloidinių tirpalų sintezės atveju, taip ir PbS tirpalų sintezėje, reikia parinkti pradinių reagentų koncentracijas, kad būtų pasiektas dydžio efektas. Panagrinėkime švino druskos koncentracijos poveikį PbS QD matmenims.

Pakeitus švino druskos koncentraciją, gautos šios priklausomybės:

Ryžiai. 3.6. Švino druskos koncentracijos įtaka PbS QD dalelių dydžiui, kai [PbAc 2 ] = 0,05 M (1), [PbAc 2 ] = 0,01 M (2), [PbAc 2 ] = 0,02 M.

Pagal pav. Iš 14 pav. matyti, kad esant optimaliai švino druskos koncentracijai (0,05 M), dalelių dydžiai nėra linkę tolygiai augti, o esant švino druskos koncentracijai 0,01 ir 0,02 M, dalelės auga beveik tiesiškai. Todėl pradinės švino druskos koncentracijos pokytis reikšmingai veikia PbS QD tirpalų dydžio poveikį.

Kvantinių taškų sintezė kieto tirpalo pagrinduCDS- PbS

Kvantinių taškų sintezė, pagrįsta pakaitiniais kietaisiais tirpalais, yra labai perspektyvi, nes leidžia įvairiai keisti jų sudėtį ir funkcines savybes. Kvantiniai taškai, pagrįsti pakaitiniais kietais metalų chalkogenidų tirpalais, gali žymiai išplėsti jų taikymo sritį. Tai ypač pasakytina apie persotintus kietus tirpalus, kurie yra gana stabilūs dėl kinetinių kliūčių. Literatūroje neradome kvantinių taškų sintezės eksperimentų, pagrįstų kietais metalų chalkogenidų tirpalais, aprašymo.

Šiame darbe pirmą kartą buvo bandoma sintetinti ir ištirti kvantinius taškus, pagrįstus persotintais kietais CdS – PbS pakeitimo švino sulfidu tirpalais. Medžiagos savybėms nustatyti buvo atlikta eilė eksperimentų, gautų kvantinius taškus tokios sudėties reakcijos mišinyje, mol/l: = 0,01; [PbAc2] = 0,05; = 0,2; = 4; [TM] = 0,3. Ši formulė leidžia gauti persotintus pakaitinius kietus tirpalus, kurių sudėtyje kadmio sulfido kiekis yra nuo 6 iki 8 mol.

Šiuo atveju reagentų pylimo seka yra griežtai apibrėžta: į švino acetato tirpalą pirmame inde įpilama natrio citrato ir susidaro baltos nuosėdos, kurios lengvai tirpsta, mišinys kruopščiai išmaišomas ir praskiedžiamas distiliuotu vandeniu. Antrajame inde į kadmio chlorido tirpalą įpilamas vandeninis amoniako tirpalas. Tada tirpalai sumaišomi ir į juos pridedama tiokarbamido, nuo šio momento prasideda reakcijos laikas. Paskutinis, kaip stabilizuojantis priedas, yra paviršinio aktyvumo medžiaga praestolis. Eksperimentai buvo atlikti 298 K temperatūroje, aktyvinimas atliktas UV šviesoje.

Įpylus Praestol, tirpalas nebekeičia spalvos, matomoje vietoje švyti rudai. Tokiu atveju sprendimas išlieka skaidrus. Aktyvavus UV šviesa, tirpalas pradeda šviesti ryškiai geltonai, o po 5 minučių – ryškiai žaliai.

Po kelių valandų pradeda formuotis nuosėdos ir ant reaktoriaus sienelių susidaro pilka plėvelė.

Dalelių dydžio tyrimai buvo atlikti naudojant Photocor Compact prietaisą. DynaLS programos sąsaja su koreliacijos funkcija ir jos apdorojimo rezultatai parodyti pav. 3.7 ir 3.8 atitinkamai:

3.7 pav. DynaLS programos sąsaja, kai pašalinama koreliacijos funkcija QD sprendimui, pagrįstam CdS-PbS HRT.

Ryžiai. 3.8. Ryžiai. 3.5 CdS-PbS TRZ pagrindu sukurto QD sprendimo koreliacinės funkcijos apdorojimo rezultatai.

Pagal pav. 3.8. Matyti, kad tirpale yra 1,8 nm spindulio dalelių (smailė Nr. 2), taip pat aglomeratų, kurių spindulys 21,18 nm. Smailė Nr.1 ​​atitinka naujos fazės branduolio susidarymą tirpale. Tai reiškia, kad reakcija tęsiasi. Dėl to smailės Nr. 4 ir 5 rodomos su klaida, nes yra ir kitų dalelių judėjimo tipų, be Brauno.

Analizuojant gautus duomenis, galima drąsiai teigti, kad hidrocheminis kvantinių taškų sintezės metodas yra perspektyvus jų gamybai. Pagrindinis sunkumas yra stabilizatoriaus parinkimas skirtingiems pradiniams reagentams. Šiuo atveju paviršinio aktyvumo medžiaga Praestol geriausiai tinka koloidiniams TRZ tirpalams CdS-PbS ir CT švino sulfido pagrindu, o Trilon B geriausiai tinka CT kadmio sulfido pagrindu.

Gyvybės saugumas

1. Gyvybės saugos įvadas

Gyvybės sauga (BZD) yra mokslo ir technikos žinių sritis, tirianti jų poveikio žmogui ir aplinkos objektams pavojų ir nepageidaujamas pasekmes, jų pasireiškimo dėsningumus ir apsisaugos nuo jų būdus.

BZD tikslas yra sumažinti įvykio riziką, taip pat apsaugoti nuo bet kokių pavojų (gamtinių, žmogaus sukeltų, aplinkos, žmogaus sukeltų), kurie kelia grėsmę žmonėms namuose, darbe, transporte, ekstremaliose situacijose. .

Pagrindinė BJD formulė yra galimo pavojaus, kuris egzistuoja žmogui sąveikaujant su aplinka, prevencija ir numatymas.

Taigi, BZD išsprendžia šias pagrindines užduotis:

rūšių identifikavimas (atpažinimas ir kiekybinis įvertinimas) neigiamų padarinių aplinka;

apsauga nuo pavojų arba tam tikrų neigiamų veiksnių poveikio žmogui ir aplinkai prevencija, remiantis sąnaudų ir naudos palyginimu;

neigiamų pavojingų ir kenksmingų veiksnių poveikio pasekmių pašalinimas;

normalios, tai yra patogios žmogaus aplinkos būsenos sukūrimas.

Šiuolaikinio žmogaus gyvenime vis didesnę vietą užima su gyvybės saugumu susijusios problemos. Prie pavojingų ir kenksmingų natūralios kilmės veiksnių buvo pridėta daug neigiamų antropogeninės kilmės veiksnių (triukšmas, vibracija, elektromagnetinė spinduliuotė ir kt.). Šio mokslo atsiradimas yra objektyvus šiuolaikinės visuomenės poreikis.

Kenksmingi ir pavojingi gamybos veiksniai laboratorijoje

Pagal GOST 12.0.002-80 SSBT žalingas gamybos veiksnys yra veiksnys, kurio poveikis darbuotojui tam tikromis sąlygomis gali sukelti ligą, sumažėjusį darbingumą ir (arba) neigiamą poveikį palikuonių sveikatai. Tam tikromis sąlygomis kenksmingas veiksnys gali tapti pavojingas.

Pavojingas gamybos veiksnys yra veiksnys, kurio poveikis darbuotojui tam tikromis sąlygomis sukelia susižalojimą, ūmų apsinuodijimą ar kitokį staigų, staigų sveikatos pablogėjimą ar mirtį.

Pagal GOST 12.0.003-74 visi pavojingi ir kenksmingi gamybos veiksniai pagal jų veikimo pobūdį skirstomi į šias grupes: fiziniai; cheminė medžiaga; biologinis; psichofiziologinis. Laboratorijoje, kurioje buvo atlikti tyrimai, yra fizinės ir cheminės SanPiN 2.2.4.548-96.

Kenksmingos medžiagos

Kenksminga medžiaga – tai medžiaga, kuri, susilietus su žmogaus kūnu, gali sukelti sužalojimus, ligas ar sveikatos būklės nukrypimus, aptinkamus šiuolaikiniais metodais tiek sąlyčio su ja procese, tiek per ilgą šio žmogaus gyvavimo laikotarpį. ir vėlesnės kartos. Pagal GOST 12.1.007-76 SSBT kenksmingos medžiagos skirstomos į keturias pavojingumo klases pagal poveikio organizmui laipsnį:

I – medžiagos itin pavojingos;

II - labai pavojingos medžiagos;

III – vidutiniškai pavojingos medžiagos;

IV – mažai pavojingos medžiagos.

Didžiausia leistina koncentracija (DLK) suprantama kaip tokia cheminių elementų ir jų junginių koncentracija aplinkoje, kuri, kasdien ilgą laiką veikiama žmogaus organizmo, nesukelia patologinių pokyčių ar ligų, nustatytų šiuolaikiniais tyrimo metodais. bet koks dabartinės ir vėlesnių kartų gyvenimo laikotarpis.

Atliekant darbus oksidų sistemų laboratorijoje, naudojamos kenksmingos medžiagos, nurodytos lentelėje. 4.1, siekiant sumažinti jų garų koncentraciją ore, įjungiama ištraukiamoji ventiliacija, kuri sumažina kenksmingų medžiagų kiekį iki saugaus lygio pagal GOST 12.1.005-88 SSBT.

4.1 lentelė – kenksmingų medžiagų MPC darbo zonos ore

kur: + - jungtys, su kuriomis dirbant reikia speciali apsauga oda ir akys;

Kadmis, nepriklausomai nuo junginio tipo, kaupiasi kepenyse ir inkstuose, sukeldamas jų žalą. Sumažina virškinimo fermentų aktyvumą.

Švinas, susikaupęs organizme, turi neigiamą neurologinį, hematologinį, endokrininį ir kancerogeninį poveikį. Sutrinka inkstų veikla.

Tiokarbamidas dirgina odą, yra toksiškas širdies ir kraujagyslių imuninei sistemai, taip pat reprodukciniams organams.

Trilonas B gali sudirginti odą, akių gleivines ir kvėpavimo takus.

Natrio hidroksidas ėsdina akis, odą ir kvėpavimo takus. Prarijus sukelia korozinį poveikį. Aerozolio įkvėpimas sukelia plaučių edemą.

Oleino rūgštis yra nuodinga. Jis turi silpną narkotinį poveikį. Galimas ūmus ir lėtinis apsinuodijimas su kraujo ir hematopoetinių organų, virškinimo sistemos organų pokyčiais, plaučių edema.

Miltelių sintezė atliekama vėdinimo spintose, dėl to bet kokių dalelių koncentracija darbo erdvės ore (bet kokio dydžio ir pobūdžio), kurios nėra oro dalis, yra linkusios į nulį. Be to, naudojamos priemonės asmeninė apsauga: specialūs drabužiai; kvėpavimo takų apsaugai - respiratoriai ir vatos-marlės tvarsčiai; regėjimo organams apsaugoti – akiniai; rankų odai apsaugoti – latekso pirštines.

Mikroklimato parametrai

Mikroklimatas – patalpų vidinės aplinkos fizikinių veiksnių kompleksas, turintis įtakos kūno šilumos mainams ir žmogaus sveikatai. Mikroklimatiniai rodikliai apima temperatūrą, drėgmę ir oro greitį, atitveriančių konstrukcijų, objektų, įrenginių paviršių temperatūrą, taip pat kai kuriuos jų darinius: oro temperatūros gradientą išilgai patalpos vertikalios ir horizontalės, šiluminės spinduliuotės intensyvumą iš vidiniai paviršiai.

SanPiN 2.2.4.548-96 nustato optimalias ir leistinas temperatūros, santykinės drėgmės ir oro greičio vertes pramoninių patalpų darbo zonoje, priklausomai nuo atliekamo darbo sunkumo, metų sezonų, atsižvelgiant į šilumos perteklius. Pagal įtakos žmogaus savijautai ir jo darbingumui laipsnį mikroklimato sąlygos skirstomos į optimalias, leistinas, kenksmingas ir pavojingas.

Pagal SanPiN 2.2.4.548-96 sąlygos laboratorijoje priskiriamos darbų kategorijai Ib (darbas, kurio energijos intensyvumas 140-174 W), atliekamas sėdint, stovint ar einant ir lydimas tam tikro fizinio krūvio.

Plotas vienam darbuotojui, faktas / normos, m 2 - 5 / 4.5

Kiekis vienam darbuotojui, faktas / normos, m 2 - 24/15

Mikroklimato rodiklių reikšmės pateiktos 4.2 lentelėje.

Darbinėje laboratorijoje nėra nukrypimų nuo optimalių mikroklimato rodiklių. Mikroklimato parametrų palaikymą užtikrina šildymo ir vėdinimo sistemos.

Vėdinimas

Vėdinimas - oro mainai patalpose, siekiant pašalinti šilumos, drėgmės, kenksmingų ir kitų medžiagų perteklių, siekiant užtikrinti priimtinas meteorologines sąlygas ir oro grynumą aptarnaujamoje ar darbo vietoje pagal GOST 12.4.021-75 SSBT.

Fizikinės ir koloidinės chemijos katedros laboratorijoje vėdinimas atliekamas natūraliais (per langus ir duris) ir mechaniniais būdais (gaubtais, laikantis sanitarinės, aplinkos ir priešgaisrinės saugos taisyklių).

Kadangi visi darbai su kenksmingomis medžiagomis vyksta gartraukyje, skaičiuojame jo ventiliaciją. Apytiksliems skaičiavimams reikalingas oro kiekis imamas pagal oro mainų kursą (K p) pagal 2.1 formulę:

čia V – patalpos tūris, m 3;

L - bendras našumas, m 3 / h.

Oro mainų kursas parodo, kiek kartų per valandą pasikeičia oras patalpoje. K p reikšmė paprastai yra 1-10. Tačiau garų gaubto vėdinimui šis skaičius yra daug didesnis. Spintos užimamas plotas 1,12 m 2 (ilgis 1,6 m, plotis 0,7 m, aukštis (H) 2,0 m). Tada vienos spintelės tūris, atsižvelgiant į ortakį (1,5), yra lygus:

V \u003d 1,12 ∙ 2+ 1,5 \u003d 3,74 m 3

Kadangi laboratorijoje įrengti 4 dūmų gaubtai, bendras tūris bus 15m3.

Iš paso duomenų matome, kad gaubtui naudojamas OSTBERG RFE 140 SKU ventiliatorius, kurio galia 320 m 3 / h, 230 V įtampa. Žinant jo veikimą, oro keitimo kursą lengva nustatyti naudojant 4.1 formulę:

h -1

1 gartraukio oro mainų santykis yra 85,56.

Triukšmas – tai atsitiktiniai įvairaus fizinio pobūdžio svyravimai, pasižymintys laikinosios ir spektrinės struktūros sudėtingumu, viena iš fizinės aplinkos taršos formų, prie kurios prisitaikyti fiziškai neįmanoma. Triukšmas, viršijantis tam tikrą lygį, padidina hormonų išsiskyrimą.

Leistinas triukšmo lygis – toks lygis, kuris nesukelia didelio nerimo ir reikšmingų triukšmui jautrių sistemų ir analizatorių funkcinės būklės rodiklių pokyčių.

Leistini garso slėgio lygiai priklausomai nuo garso dažnio paimti pagal GOST 12.1.003-83 SSBT, pateikti 4.3 lentelėje.

4.3 lentelė. Leidžiami garso slėgio lygiai oktavų dažnių juostose ir lygiaverčiai triukšmo lygiai darbo vietose

Apsauga nuo triukšmo, remiantis SNiP 2003-03-23, turėtų būti užtikrinama kuriant triukšmui atsparią įrangą, naudojant kolektyvinės apsaugos priemones ir metodus, naudojant kolektyvinės apsaugos priemones ir metodus, naudojant asmenines apsaugos priemones. , kurios išsamiai klasifikuojamos GOST 12.1.003-83 SSBT.

Laboratorijoje nuolatinio triukšmo šaltinis – veikiantys dūmų gaubtai. Triukšmo lygis įvertintas apie 45 dB, t.y. neviršija nustatytų normų.

apšvietimas

Apšvietimas yra šviesos kiekis, lygus šviesos srauto, patenkančio į mažą paviršiaus plotą, ir jo ploto santykiui. Apšvietimas reguliuojamas pagal SP 52.13330.2011.

Pramoninis apšvietimas yra:

natūralus(dėl tiesioginių saulės spindulių ir išsklaidytos dangaus šviesos kinta priklausomai nuo geografinės platumos, paros laiko, debesuotumo laipsnio, atmosferos skaidrumo, sezono, kritulių ir kt.);

dirbtinis(sukurta dirbtinių šviesos šaltinių). Jis naudojamas, kai nėra arba trūksta natūralios šviesos. Racionalus dirbtinis apšvietimas turėtų sudaryti normalias sąlygas darbui su priimtinu lėšų, medžiagų ir elektros suvartojimu;

naudoti, kai nepakanka natūralios šviesos kombinuotas (kombinuotas) apšvietimas. Pastarasis – tai apšvietimas, kuriame šviesiuoju paros metu vienu metu naudojama natūrali ir dirbtinė šviesa.

Chemijos laboratorijoje natūralų apšvietimą užtikrina vienas šoninis langas. Natūralios šviesos nepakanka, todėl naudojamas dirbtinis apšvietimas. Jį užtikrina 8 lempos OSRAM L 30. Optimalus laboratorinis apšvietimas pasiekiamas naudojant mišrų apšvietimą.

elektros sauga

Pagal GOST 12.1.009-76 SSBT elektros sauga yra organizacinių ir techninių priemonių ir priemonių sistema, apsauganti žmones nuo žalingo ir pavojingo elektros srovės, elektros lanko, elektromagnetinio lauko ir statinės elektros poveikio.

Chemijos laboratorijoje – žalos šaltinis elektros šokas yra elektros įranga - distiliatorius, termostatas, elektrinės viryklės, elektroninės svarstyklės, elektros lizdai. Bendrieji saugos reikalavimai elektros įrangai, įskaitant įterptuosius skaičiavimo įrenginius, yra nustatyti GOST R 52319-2005.

Elektros srovė, einanti per žmogaus kūną, daro jam tokį poveikį: terminį, elektrolitinį, mechaninį, biologinį. Siekiant užtikrinti apsaugą nuo elektros smūgio elektros įrenginiuose, turi būti naudojami techniniai metodai ir apsaugos priemonės pagal GOST 12.1.030-81 SSBT.

Pagal PUE elektros instaliacijos įrengimo taisykles visos patalpos, susijusios su elektros smūgio pavojumi žmonėms, yra suskirstytos į tris kategorijas: be padidinto pavojaus; su padidėjusia rizika; ypač pavojingas.

Laboratorinė patalpa priklauso kategorijai – be padidinto pavojaus. Siekiant užtikrinti apsaugą nuo elektros smūgio elektros instaliacijose, turi būti taikomi techniniai metodai ir apsaugos priemonės.

priešgaisrinė sauga

Pagal GOST 12.1.004-91 SSBT gaisras yra nekontroliuojamas degimo procesas, kuriam būdinga socialinė ir (arba) ekonominė žala, atsirandanti dėl terminio skilimo ir (arba) degimo veiksnių poveikio žmonėms ir (arba) materialiniam turtui, besivystančiam už aplinkos ribų. ypatingas dėmesys, taip pat taikomos gaisro gesinimo medžiagos.

Galimo gaisro laboratorijoje priežastys – saugos taisyklių pažeidimas, elektros įrangos, elektros instaliacijos gedimas ir kt.

Pagal NPB 105-03 patalpos priskiriamos „B1“ kategorijai, t.y. gaisro pavojingas, kur yra degių ir lėtai degančių skysčių, lėtai degančių medžiagų ir medžiagų, plastiko, kuris gali tik degti. Pagal SNiP 21-01-97 pastatas turi II atsparumo ugniai laipsnį.

Gaisro atveju yra numatyti evakuacijos keliai, užtikrinantys saugią žmonių evakuaciją. Evakuacinių kelių horizontalių ruožų aukštis turi būti ne mažesnis kaip 2 m, horizontalių evakuacijos kelių ruožų plotis – ne mažesnis kaip 1,0 m. Evakuacijos keliai apšviesti.

Laboratorija laikėsi visų priešgaisrinės saugos taisyklių pagal galiojančius reglamentus.

Neatidėliotinos situacijos

Pagal GOST R 22.0.05-97 ekstremali situacija (ES) – tai netikėta, staigi situacija tam tikroje teritorijoje ar ūkio objekte dėl avarijos, žmogaus sukeltos nelaimės, dėl kurios gali nukentėti žmonės, sugadinti žmonių sveikatai ar aplinkai, materialinių nuostolių ir žmonių gyvenimo sąlygų pažeidimo.

Chemijos laboratorijoje galimos šios avarinių situacijų priežastys:

saugos taisyklių pažeidimas;

elektros prietaisų uždegimas;

elektros įrenginių izoliacijos pažeidimas;

Atsižvelgiant į galimas avarinių situacijų laboratorijoje priežastis, yra sudaryta galimų ekstremalių situacijų 4.4 lentelė.

Apsaugos nuo galimų ekstremalių situacijų būdai yra reguliarūs instruktažai apie saugumą ir elgesį ekstremaliose situacijose; reguliarus elektros laidų tikrinimas; turėti evakuacijos planą.

4.4 lentelė. Galimos avarinės situacijos laboratorijoje

Galima avarinė situacija	Priežastis	Priemonės avarinėms situacijoms pašalinti
Elektros šokas	Darbo su elektros srove saugos taisyklių pažeidimas; Izoliacijos vientisumo pažeidimas dėl izoliacinių medžiagų senėjimo.	Išjunkite elektrą bendru jungikliu; paskambinti nukentėjusiajam greitoji pagalba; prireikus suteikti pirmąją pagalbą; pranešti apie įvykį už įrangą atsakingam darbuotojui, kad būtų nustatyta avarijos priežastis.
Gaisras laboratorijoje.	Priešgaisrinės saugos įrangos pažeidimas; Trumpas sujungimas;	Išjungti energiją laboratorijoje veikiančiai įrangai; kviesti ugniagesius, pradėti gesinti ugnį gesintuvais; pranešti apie įvykį už įrangą atsakingam darbuotojui, kad būtų nustatyta avarijos priežastis.

Išvados dėl BJD skyriaus

Skyriuje apie gyvybės saugą atsižvelgiama į šiuos veiksnius:

mikroklimato parametrai atitinka norminius dokumentus ir sukuria patogias sąlygas chemijos laboratorijoje;

kenksmingų medžiagų koncentracija laboratorijos ore, kai gaunamos chalkogenidinės plėvelės, atitinka higienos normas. Laboratorija turi visas reikalingas individualias ir kolektyvines apsaugos nuo kenksmingų medžiagų poveikio priemones;

garų gaubto vėdinimo sistemos skaičiavimas, pagrįstas ventiliatoriumi OSTBERG RFE 140 SKU, kurio galia -320 m 3 / h, įtampa -230 V, užtikrina galimybę sumažinti kenksmingą cheminių reagentų poveikį. žmonių ir, apskaičiuotais duomenimis, užtikrina pakankamą oro mainų kursą – 86;

triukšmas darbo vietoje atitinka standartines normas;

pakankamas laboratorijos apšvietimas realizuojamas daugiausia dėl dirbtinio apšvietimo;

pagal elektros smūgio pavojų chemijos laboratorija priklauso patalpoms be padidinto pavojaus, visos naudojamų prietaisų srovę nešančios dalys yra izoliuotos ir įžemintos.

Taip pat buvo atsižvelgta į šios laboratorijos patalpos gaisro pavojų. Šiuo atveju jis gali būti priskirtas kategorijai "B1", atsparumo ugniai laipsnis yra II.

Siekdamas išvengti ekstremalių situacijų, Uralo federalinis universitetas reguliariai rengia instruktažas su asmenimis, atsakingais už darbuotojų ir studentų saugumo užtikrinimą. Kaip avarinės situacijos pavyzdys, sugedus elektros įrangai, buvo svarstomas elektros smūgis.

Geras dienos laikas, Khabrazhiteli! Manau, daugelis pastebėjo, kad vis daugiau reklamų pradėjo pasirodyti kvantinių taškų technologija paremtiems ekranams, vadinamiesiems QD – LED (QLED) ekranams, nepaisant to, kad šiuo metu tai tik rinkodara. Panašiai kaip LED televizorius ir tinklainė, tai yra LCD ekrano technologija, kuri kaip foninį apšvietimą naudoja kvantinio taško šviesos diodus.

Jūsų nuolankus tarnas vis dėlto nusprendė išsiaiškinti, kas yra kvantiniai taškai ir su kuo jie valgomi.

Vietoj įžangos

kvantinis taškas- laidininko ar puslaidininkio fragmentas, kurio krūvininkai (elektronai arba skylės) yra riboti erdvėje visais trimis matmenimis. Kvantinio taško dydis turi būti toks mažas, kad kvantiniai efektai būtų reikšmingi. Tai pasiekiama, jei elektrono kinetinė energija yra pastebimai didesnė už visas kitas energijos skales: pirmiausia ji yra didesnė už temperatūrą, išreikštą energijos vienetais. Devintojo dešimtmečio pradžioje kvantinius taškus pirmą kartą susintetino Aleksejus Ekimovas stiklo matricoje ir Louis E. Brus koloidiniuose tirpaluose. Terminą „kvantinis taškas“ sugalvojo Markas Reedas.

Kvantinio taško energijos spektras yra diskretus, o atstumas tarp stacionarių krūvininkų energijos lygių priklauso nuo paties kvantinio taško dydžio - ħ/(2md^2), kur:

1. ħ yra redukuota Planko konstanta;
2. d yra būdingas taško dydis;
3. m – efektyvioji elektrono masė taške

Paprastais žodžiais tariant, kvantinis taškas yra puslaidininkis, elektrines charakteristikas kuris priklauso nuo jo dydžio ir formos.

Pavyzdžiui, kai elektronas juda į žemesnį energijos lygį, išspinduliuojamas fotonas; kadangi galima valdyti kvantinio taško dydį, galima keisti ir skleidžiamo fotono energiją, tai reiškia keisti kvantinio taško skleidžiamos šviesos spalvą.

Kvantinių taškų tipai

Yra du tipai:

• epitaksiniai kvantiniai taškai;
• koloidiniai kvantiniai taškai.

Tiesą sakant, jie taip pavadinti pagal jų gamybos būdus. Detaliau apie juos nekalbėsiu dėl didelio cheminių terminų kiekio (Google į pagalbą). Tik pridursiu, kad koloidinės sintezės pagalba galima gauti nanokristalus, padengtus adsorbuotų paviršinio aktyvumo molekulių sluoksniu. Taigi, jie tirpsta organiniuose tirpikliuose, po modifikacijos ir poliniuose tirpikliuose.

Kvantinių taškų konstravimas

Paprastai kvantinis taškas yra puslaidininkinis kristalas, kuriame realizuojami kvantiniai efektai. Tokiame kristale esantis elektronas jaučiasi esantis trimačio potencialo šulinyje ir turi daug stacionarių energijos lygių. Atitinkamai, pereinant iš vieno lygio į kitą, kvantinis taškas gali spinduliuoti fotoną. Visa tai perėjimus lengva valdyti keičiant kristalo dydį. Taip pat galima numesti elektroną į aukštą energijos lygį ir gauti spinduliuotę iš perėjimo tarp žemesnių lygių ir dėl to gauname liuminescenciją. Tiesą sakant, tai yra stebėjimas šis reiškinys ir buvo pirmasis kvantinių taškų stebėjimas.

Dabar apie ekranus

Pilnaverčių ekranų istorija prasidėjo 2011 m. vasarį, kai „Samsung Electronics“ pristatė pilnų spalvų ekrano, pagrįsto QLED kvantiniais taškais, kūrimą. Tai buvo 4 colių ekranas, varomas aktyvios matricos, t.y. kiekvieną spalvos kvantinio taško pikselį galima įjungti ir išjungti plonasluoksniu tranzistoriumi.

Norint sukurti prototipą, ant silicio plokštės užtepamas kvantinio taško tirpalo sluoksnis ir užpurškiamas tirpiklis. Po to į kvantinių taškų sluoksnį įspaudžiamas guminis antspaudas šukos paviršiumi, atskiriamas ir įspaudžiamas ant stiklo ar lankstaus plastiko. Taip kvantinių taškų juostelės nusodinamos ant pagrindo. Spalvotuose ekranuose kiekviename pikselyje yra raudonas, žalias arba mėlynas subpikselis. Atitinkamai, šios spalvos naudojamos skirtingu intensyvumu, kad išgautų kuo daugiau atspalvių.

Kitas plėtros žingsnis buvo Indijos mokslo instituto Bangalore mokslininkų straipsnio paskelbimas. Kur buvo aprašyti kvantiniai taškai, kurie šviečia ne tik oranžine spalva, bet ir nuo tamsiai žalios iki raudonos spalvos.

Kodėl LCD yra blogesnis?

Pagrindinis skirtumas tarp QLED ekrano ir LCD yra tas, kad pastarasis gali apimti tik 20-30% spalvų diapazono. Be to, QLED televizoriuose nereikia naudoti sluoksnio su šviesos filtrais, nes kristalai, kai į juos yra įjungta įtampa, visada skleidžia šviesą, kurios bangos ilgis yra tiksliai apibrėžtas ir dėl to tos pačios spalvos.

Taip pat buvo naujienų apie kvantinių taškų kompiuterio ekrano pardavimą Kinijoje. Deja, neturėjau progos to patikrinti savo akimis, skirtingai nei televizoriaus.

P.S. Verta paminėti, kad kvantinių taškų taikymo sritis neapsiriboja LED – monitoriai, be kita ko, gali būti naudojami lauko tranzistoriuose, fotoelementuose, lazeriniuose dioduose, taip pat tiriama galimybė juos panaudoti medicinoje. ir kvantinis skaičiavimas.

P.P.S. Jei kalbėsime apie mano asmeninę nuomonę, tai manau, kad artimiausius dešimt metų jie nebus populiarūs ne todėl, kad jie mažai žinomi, o dėl to, kad šių ekranų kainos yra didžiulės, bet vis tiek norėčiau tikėtis, kad kvantiniai taškai ras savo pritaikymą medicinoje, bus panaudoti ne tik pelnui didinti, bet ir geriems tikslams.

Daugybė XX amžiaus antroje pusėje atsiradusių spektroskopinių metodų – elektronų ir atominių jėgų mikroskopija, branduolinio magnetinio rezonanso spektroskopija, masių spektrometrija – tradicinę optinę mikroskopiją, regis, jau seniai atsisakė. Tačiau sumanus fluorescencijos reiškinio panaudojimas ne kartą pratęsė „veterano“ gyvenimą. Šiame straipsnyje bus kalbama apie kvantiniai taškai(fluorescenciniai puslaidininkiniai nanokristalai), kurie optinei mikroskopijai įkvėpė naujų galių ir leido pažvelgti už liūdnai pagarsėjusios difrakcijos ribos. Dėl unikalių fizinių kvantinių taškų savybių jie idealiai tinka itin jautriai daugiaspalvei biologinių objektų registracijai, taip pat medicininei diagnostikai.

Straipsnyje pateikiamos idėjos apie fizinius principus, lemiančius unikalias kvantinių taškų savybes, pagrindinės nanokristalų panaudojimo idėjos ir perspektyvos, kalbama apie jau pasiektus pasiekimus juos taikant biologijoje ir medicinoje. Straipsnis parengtas remiantis tyrimų, atliktų m pastaraisiais metais Bioorganinės chemijos instituto Molekulinės biofizikos laboratorijoje. MM. Shemyakin ir Yu.A. Ovčinikovas kartu su Reimso universitetu ir Baltarusijos valstybiniu universitetu siekė sukurti naujos kartos biomarkerių technologiją įvairioms klinikinės diagnostikos sritims, įskaitant vėžį ir autoimunines ligas, taip pat sukurti naujų tipų nanojutiklius, leidžiančius vienu metu registruoti daugelį biomedicininių parametrų. Pirminė kūrinio versija buvo paskelbta „The Nature“; Tam tikru mastu straipsnis yra paremtas antruoju IBCh RAS jaunųjų mokslininkų tarybos seminaru. - Red.

I dalis, teorinė

1 pav. Diskretieji energijos lygiai nanokristaluose.„kietasis“ puslaidininkis ( paliko) turi valentinę juostą ir laidumo juostą, atskirtą juostos tarpu Pvz. Puslaidininkinis nanokristalas ( Dešinėje) pasižymi atskirais energijos lygiais, panašiais į vieno atomo energijos lygius. Nanokristale Pvz yra dydžio funkcija: nanokristalo dydžio padidėjimas lemia mažėjimą Pvz.

Sumažinus dalelių dydį, pasireiškia labai neįprastos medžiagos, iš kurios jis pagamintas, savybės. To priežastis – kvantiniai-mechaniniai efektai, atsirandantys, kai krūvininkų judėjimas yra erdviškai apribotas: nešėjų energija tokiu atveju tampa diskreti. O energijos lygių skaičius, kaip moko kvantinė mechanika, priklauso nuo „potencialų šulinio“ dydžio, potencialo barjero aukščio ir krūvininko masės. Didinant „šulinėlio“ dydį, daugėja energijos lygių, kurie tuo pačiu tampa arčiau vienas kito, kol susilieja, o energijos spektras tampa „nepertraukiamas“ (1 pav.). Krūvnešių judėjimas gali būti ribojamas išilgai vienos koordinatės (sudarant kvantines plėveles), išilgai dviejų koordinačių (kvantinių laidų ar gijų) arba visomis trimis kryptimis - tai bus kvantiniai taškai(KT).

Puslaidininkiniai nanokristalai yra tarpinės struktūros tarp molekulinių grupių ir „kietųjų“ medžiagų. Ribos tarp molekulinių, nanokristalinių ir kietųjų medžiagų nėra tiksliai apibrėžtos; tačiau 100 ÷ 10 000 atomų diapazoną vienoje dalelėje galima apytiksliai laikyti nanokristalų „viršutine riba“. Viršutinė riba atitinka matmenis, kurių intervalas tarp energijos lygių viršija šiluminių virpesių energiją kT (k yra Boltzmanno konstanta, T- temperatūra), kai krūvininkai tampa mobilūs.

Natūralios ilgio skalė elektroniniu būdu sužadinamoms sritims „nepertraukiamuose“ puslaidininkiuose nustatoma pagal Boro eksitono spindulį a x, kuris priklauso nuo Kulono sąveikos tarp elektronų ( e) ir skylė (h). Nanokristaluose dydžio tvarka x savaiminis dydis pradeda daryti įtaką poros konfigūracijai e-h taigi ir eksitono dydis. Pasirodo, šiuo atveju elektronines energijas tiesiogiai lemia nanokristalo dydis – šis reiškinys žinomas kaip „kvantinės izoliacijos efektas“. Naudojant šį efektą, galima valdyti nanokristalų juostos tarpą ( Pvz), tiesiog pakeisdami dalelių dydį (1 lentelė).

Unikalios kvantinių taškų savybės

Kvantiniai taškai, kaip fizinis objektas, žinomi jau seniai ir yra viena iš šiandien intensyviai plėtojamų formų. heterostruktūros. Koloidinių nanokristalų pavidalo kvantinių taškų ypatybė yra ta, kad kiekvienas taškas yra izoliuotas ir mobilus objektas tirpiklyje. Iš tokių nanokristalų galima statyti įvairius asocijuotuosius junginius, hibridus, sutvarkytus sluoksnius ir pan., kurių pagrindu elektroninių ir optoelektroninių prietaisų elementai, zondai ir jutikliai, skirti medžiagos mikrotūrių analizei, įvairūs fluorescenciniai, chemiliuminescenciniai, fotoelektrocheminiai nanoskalės jutikliai. yra pastatyti.

Greito puslaidininkinių nanokristalų įsiskverbimo į įvairias mokslo ir technologijų sritis priežastis yra jų unikalios optinės charakteristikos:

• siaura simetriška fluorescencijos smailė (priešingai nei organiniai dažai, kuriems būdinga ilgos bangos ilgio „uodega“; 2 pav., paliko), kurio padėtis valdoma pasirenkant nanokristalo dydį ir jo sudėtį (3 pav.);
• plati žadinimo juosta, leidžianti sužadinti skirtingų spalvų nanokristalus vienu spinduliavimo šaltiniu (2 pav. paliko). Šis pranašumas yra esminis kuriant kelių spalvų kodavimo sistemas;
• didelis fluorescencinis ryškumas, nulemtas didelės ekstinkcijos vertės ir didelės kvantinės išeigos (iki 70 % CdSe/ZnS nanokristalams);
• išskirtinai didelis fotostabilumas (2 pav., Dešinėje), leidžianti naudoti didelės galios sužadinimo šaltinius.

2 pav. Kadmio-seleno (CdSe) kvantinių taškų spektrinės savybės. Kairė:Įvairių spalvų nanokristalai gali būti sužadinami vienu šaltiniu (rodyklė rodo sužadinimą argono lazeriu, kurio bangos ilgis yra 488 nm). Įdėklas rodo vieno šviesos šaltinio (UV lempos) sužadintų skirtingų dydžių (ir atitinkamai spalvų) CdSe / ZnS nanokristalų fluorescenciją. Dešinėje: Kvantiniai taškai yra ypač stabilūs, palyginti su kitais įprastais dažais, kurie greitai sunaikinami gyvsidabrio lempos spinduliu fluorescenciniame mikroskope.

3 pav. Kvantinių taškų iš skirtingų medžiagų savybės. Aukščiau: Nanokristalų, pagamintų iš skirtingų medžiagų, fluorescencijos diapazonai. Apačia:Įvairių dydžių CdSe kvantiniai taškai apima visą matomą 460–660 nm diapazoną. Apačioje dešinėje: Stabilizuoto kvantinio taško schema, kur „šerdis“ padengta puslaidininkiniu apvalkalu ir apsauginiu polimero sluoksniu.

Gamybos technologija

Nanokristalų sintezė vykdoma greitai įšvirkščiant pirmtakų junginius į reakcijos terpę aukštoje temperatūroje (300-350°C), o vėliau lėtai augant nanokristalams santykinai žemoje temperatūroje (250-300°C). Sintezės „fokusavimo“ režimu mažų dalelių augimo greitis yra didesnis nei didelių, dėl to mažėja nanokristalų dydžių sklaida, .

Valdomos sintezės technologija leidžia valdyti nanodalelių formą naudojant nanokristalų anizotropiją. Konkrečiai medžiagai būdinga kristalų struktūra (pavyzdžiui, CdSe pasižymi šešiakampiu įpakavimu – vurcitu, 3 pav.) tarpininkauja „pasirinktoms“ augimo kryptims, kurios lemia nanokristalų formą. Taip gaunami nanorodeliai arba tetrapodai – keturiomis kryptimis pailginti nanokristalai (4 pav.).

4 pav. Skirtingos CdSe nanokristalų formos. Kairė: CdSe/ZnS sferiniai nanokristalai (kvantiniai taškai); centre: lazdelės formos (kvantinės lazdelės). Dešinėje: tetrapodų pavidalu. (Perdavimo elektronų mikroskopija. Ženklas – 20 nm.)

Praktinio taikymo kliūtys

Praktiniam II–VI grupių puslaidininkių nanokristalų pritaikymui trukdo nemažai apribojimų. Pirma, jų liuminescencijos kvantinė išeiga labai priklauso nuo aplinkos savybių. Antra, nanokristalų „šerdies“ stabilumas vandeniniuose tirpaluose taip pat mažas. Problema slypi paviršiaus „defektuose“, kurie atlieka neradiacinių rekombinacijos centrų arba susijaudinimo „spąstų“ vaidmenį. e-h garai.

Norint išspręsti šias problemas, kvantiniai taškai yra uždengti apvalkale, sudarytame iš kelių sluoksnių plataus tarpo medžiagos. Tai leidžia jums izoliuoti e-h suporuoti branduolyje, padidinti jo gyvavimo trukmę, sumažinti neradiacinę rekombinaciją, taigi padidinti fluorescencijos kvantinę išeigą ir fotostabilumą.

Šiuo atžvilgiu iki šiol plačiausiai naudojami fluorescenciniai nanokristalai turi šerdies/apvalkalo struktūrą (3 pav.). Pažangios CdSe/ZnS nanokristalų sintezės procedūros leidžia pasiekti 90 % kvantinę išeigą, kuri yra artima geriausiems organiniams fluorescenciniams dažams.

II dalis: kvantinių taškų taikymas koloidinių nanokristalų pavidalu

Fluoroforai medicinoje ir biologijoje

Unikalios QD savybės leidžia juos naudoti beveik visose biologinių objektų ženklinimo ir vizualizavimo sistemose (išskyrus tik fluorescencines intracelulines etiketes, išreikštas genetiškai – plačiai žinomi fluorescenciniai baltymai).

Norint vizualizuoti biologinius objektus ar procesus, QD gali būti švirkščiamas į objektą tiesiogiai arba su „pririštomis“ atpažinimo molekulėmis (dažniausiai antikūnais arba oligonukleotidais). Nanokristalai prasiskverbia ir pasiskirsto visame objekte pagal savo savybes. Pavyzdžiui, skirtingų dydžių nanokristalai nevienodai prasiskverbia pro biologines membranas, o kadangi dydis lemia fluorescencijos spalvą, skirtingos objekto sritys taip pat pasirodo nevienodos spalvos (5 pav.) , . Atpažįstančių molekulių buvimas nanokristalų paviršiuje leidžia įgyvendinti tikslinį surišimą: norimas objektas (pavyzdžiui, navikas) yra nudažytas tam tikra spalva!

5 pav. Daiktų spalvinimas. Kairė: daugiaspalvis konfokalinis fluorescencinis kvantinių taškų pasiskirstymo vaizdas žmogaus fagocitų THP-1 ląstelių linijos ląstelių citoskeleto ir branduolio mikrostruktūros fone. Nanokristalai ląstelėse išlieka fotostabilūs mažiausiai 24 valandas ir nepažeidžia ląstelių struktūros bei funkcijų. Dešinėje: su RGD peptidu „susiejusių“ nanokristalų kaupimasis naviko srityje (rodyklė). Dešinėje – kontrolė, įvesti nanokristalai be peptido (CdTe nanokristalai, 705 nm).

Spektrinis kodavimas ir "skystos mikroschemos"

Kaip jau minėta, nanokristalų fluorescencijos smailė yra siaura ir simetriška, todėl galima patikimai izoliuoti skirtingų spalvų nanokristalų fluorescencinį signalą (matomame diapazone iki dešimties spalvų). Priešingai, nanokristalų sugerties juosta yra plati, tai yra, visų spalvų nanokristalai gali būti sužadinti vienu šviesos šaltiniu. Dėl šių savybių, taip pat dėl ​​didelio fotostabilumo, kvantiniai taškai yra idealūs fluoroforai daugiaspalviam objektų spektriniam kodavimui – panašūs į brūkšninį kodą, bet naudojant daugiaspalvius ir „nematomus“ kodus, kurie fluorescuoja infraraudonųjų spindulių srityje.

Šiuo metu vis dažniau vartojamas terminas „skystos mikroschemos“, kurios, kaip ir klasikinės plokščios lustos, kai aptikimo elementai yra plokštumoje, gali būti naudojami analizuojant kelis parametrus vienu metu naudojant mėginio mikrotūrius. Spektrinio kodavimo, naudojant skystąsias mikroschemas, principas pavaizduotas 6 pav. Kiekviename mikroschemos elemente yra tam tikras skaičius tam tikrų spalvų QD, o užkoduotų variantų skaičius gali būti labai didelis!

6 pav. Spektrinio kodavimo principas. Kairė:„įprasta“ plokščia mikroschema. Dešinėje:„skysta mikroschema“, kurios kiekviename elemente yra tam tikras skaičius tam tikrų spalvų CT. At n fluorescencijos intensyvumo lygiai ir m spalvų, teorinis užkoduotų variantų skaičius yra nm-1. Taigi, 5–6 spalvų ir 6 intensyvumo lygių atveju tai bus 10 000–40 000 parinkčių.

Tokie koduoti mikroelementai gali būti naudojami tiesioginiam bet kokių objektų (pavyzdžiui, vertybinių popierių) ženklinimui. Įterpti į polimerines matricas, jie yra itin stabilūs ir patvarūs. Kitas taikymo aspektas – biologinių objektų identifikavimas kuriant ankstyvosios diagnostikos metodus. Indikacijos ir identifikavimo metodas susideda iš to, kad prie kiekvieno spektriniu būdu koduoto mikroschemos elemento yra prijungta specifinė atpažinimo molekulė. Tirpale yra antroji atpažinimo molekulė, prie kurios „prisiūtas“ signalinis fluoroforas. Mikroschemos fluorescencijos ir signalo fluoroforo atsiradimas vienu metu rodo tiriamo objekto buvimą analizuojamame mišinyje.

Srauto citometrija gali būti naudojama užkoduotų mikrodalelių analizei skrendant. Tirpalas, kuriame yra mikrodalelių, praeina per lazeriu apšvitintą kanalą, kuriame kiekviena dalelė apibūdinama spektriniu būdu. Prietaiso programinė įranga leidžia identifikuoti ir apibūdinti įvykius, susijusius su tam tikrų junginių atsiradimu mėginyje – pavyzdžiui, vėžio ar autoimuninių ligų žymenis.

Ateityje, remiantis puslaidininkiniais fluorescenciniais nanokristalais, gali būti sukurti mikroanalizatoriai, skirti vienu metu registruoti daugybę objektų.

Molekuliniai jutikliai

Naudojant QD kaip zondus, galima išmatuoti terpės parametrus vietinėse zonose, kurių dydis yra panašus į zondo dydį (nanometro skalė). Tokių matavimo priemonių veikimas pagrįstas Förster rezonansinės energijos perdavimo (FRET) efektu. FRET efekto esmė yra ta, kad kai du objektai artėja vienas prie kito (donoras ir akceptorius) ir persidengia fluorescencijos spektras pirmas nuo tada sugerties spektras antra, energija perduodama nespinduliuojančiai – ir jei akceptorius gali fluorescuoti, jis švytės kerštu.

Apie FRET efektą jau rašėme straipsnyje “ Matavimo juosta spektroskopuotojui » .

Trys kvantinių taškų parametrai daro juos labai patraukliais donorais FRET formato sistemose.

1. Galimybė labai tiksliai pasirinkti emisijos bangos ilgį, kad būtų pasiektas maksimalus donoro emisijos spektrų ir akceptoriaus sužadinimo sutapimas.
2. Galimybė sužadinti skirtingus QD vieno šviesos šaltinio vienu bangos ilgiu.
3. Galimybė sužadinti spektro srityje, nutolusioje nuo emisijos bangos ilgio (skirtumas >100 nm).

Yra dvi FRET efekto naudojimo strategijos:

• dviejų molekulių sąveikos akto registravimas dėl konformacinių pokyčių donoro-akceptoriaus sistemoje ir
• donoro ar akceptoriaus optinių savybių (pavyzdžiui, sugerties spektro) pokyčių registravimas.

Šis metodas leido įdiegti nanoskalės jutiklius pH ir metalo jonų koncentracijai matuoti vietinėje mėginio srityje. Jautrus tokio jutiklio elementas yra indikatorinių molekulių sluoksnis, kuris, susijungęs su registruotu jonu, keičia savo optines savybes. Dėl surišimo pasikeičia QD fluorescencijos spektrų persidengimas ir indikatoriaus sugertis, o tai keičia ir energijos perdavimo efektyvumą.

Metodas, kuriame naudojami konformaciniai pokyčiai donoro-akceptoriaus sistemoje, yra įgyvendintas nanoskalės temperatūros jutiklyje. Jutiklio veikimas pagrįstas polimero molekulės, jungiančios kvantinį tašką ir akceptorių – fluorescencinį gesiklį, formos temperatūros pokyčiu. Keičiantis temperatūrai, kinta ir atstumas tarp gesintuvo ir fluoroforo, ir fluorescencijos intensyvumas, iš ko jau daroma išvada apie temperatūrą.

Molekulinė diagnostika

Lygiai taip pat gali būti registruojamas ir donoro ir akceptoriaus ryšio nutrūkimas ar susiformavimas. 7 paveiksle pavaizduotas „sumuštinis“ registracijos principas, kai registruotas objektas veikia kaip jungtis („adapteris“) tarp donoro ir akceptoriaus.

7 pav. Registravimosi naudojant FRET formatą principas. Susidarius konjugatui („skystas mikroschema“) (įrašytas objektas) (signalo fluoroforas) donoras (nanokristalas) priartėja prie akceptoriaus („AlexaFluor“ dažų). Lazerio spinduliuotė pati savaime nesužadina dažų fluorescencijos; fluorescencinis signalas atsiranda tik dėl rezonansinės energijos perdavimo iš CdSe/ZnS nanokristalo. Kairė: energijos perdavimo konjuguota struktūra. Dešinėje: dažų sužadinimo spektrinė schema.

Šio metodo įgyvendinimo pavyzdys yra autoimuninės ligos diagnostikos sukūrimas sisteminė sklerodermija(sklerodermija). Čia kaip donoras pasitarnavo kvantiniai taškai, kurių fluorescencinės bangos ilgis yra 590 nm, o akceptorius – organinis dažiklis AlexaFluor 633. Ant mikrodalelės paviršiaus buvo „prisiūtas“ autoantikūno antigenas, sklerodermijos žymuo. kuriuose yra kvantinių taškų. Į tirpalą buvo įvesti antriniai antikūnai, pažymėti dažais. Nesant taikinio, dažai nesiartina prie mikrodalelės paviršiaus, nevyksta energijos perdavimas, dažai nefluorescuoja. Bet jei mėginyje atsiranda autoantikūnų, susidaro mikrodalelių-autoantikūnų ir dažų kompleksas. Dėl energijos perdavimo dažai sužadinami, o jo fluorescencinis signalas pasirodo spektre, kurio bangos ilgis yra 633 nm.

Šio darbo svarba taip pat yra ta, kad autoantikūnai gali būti naudojami kaip diagnostiniai žymenys Ankstyva stadija autoimuninių ligų vystymasis. „Skystos mikroschemos“ leidžia sukurti testavimo sistemas, kuriose antigenai yra daug natūralesnėmis sąlygomis nei plokštumoje (kaip „paprastose“ mikroschemose). Jau gauti rezultatai atveria kelią naujo tipo klinikinių diagnostinių testų, pagrįstų kvantinių taškų naudojimu, kūrimui. Ir metodų, pagrįstų spektriniu būdu koduotų skystų mikroschemų naudojimu, įgyvendinimas leis vienu metu nustatyti daugelio žymenų turinį vienu metu, o tai yra pagrindas žymiai padidinti diagnostikos rezultatų patikimumą ir plėtoti ankstyvos diagnostikos metodus. .

Hibridiniai molekuliniai prietaisai

Galimybė lanksčiai valdyti kvantinių taškų spektrines charakteristikas atveria kelią nanoskalės spektriniams įrenginiams. Visų pirma, kadmio teliūro (CdTe) pagrindu pagaminti QD leido išplėsti spektrinį jautrumą bakteriorodopsinas(bR), žinomas dėl savo gebėjimo panaudoti šviesos energiją protonams perpumpuoti per membraną. (Gautas elektrocheminis gradientas yra naudojamas bakterijoms sintetinti ATP.)

Tiesą sakant, buvo gauta nauja hibridinė medžiaga: kvantinių taškų pritvirtinimas prie violetinė membrana- lipidinė membrana, kurioje yra tankiai supakuotų bakteriorodopsino molekulių - praplečia šviesos jautrumo diapazoną UV ir mėlynoms spektro sritims, kur "įprastas" bR nesugeria šviesos (8 pav.) . Energijos perdavimo bakteriorodopsinui iš kvantinio taško, kuris sugeria šviesą UV ir mėlynos spalvos srityse, mechanizmas vis dar yra tas pats: tai yra FRET; Šiuo atveju spinduliuotės akceptorius yra tinklainė- tas pats pigmentas, kuris veikia fotoreceptoriuje rodopsine.

8 pav. Bakteriorodopsino „atnaujinimas“ naudojant kvantinius taškus. Kairė: proteoliposoma, turinti bakteriorodopsino (trimerų pavidalu) su CdTe pagrindu „pritvirtintais“ kvantiniais taškais (parodyta oranžinėmis sferomis). Dešinėje: bR spektrinio jautrumo išplėtimo dėl QD schema: spektre, sritis perėmimų CT yra UV ir mėlynoje spektro dalyse; spektras išmetamųjų teršalų galima „pritaikyti“ pasirinkus nanokristalo dydį. Tačiau šioje sistemoje energijos emisija kvantiniais taškais nevyksta: energija neradiatyviai migruoja į bakteriorodopsiną, kuris veikia (siurbia H + jonus į liposomą).

Šios medžiagos pagrindu sukurtos proteoliposomos (lipidų „pūslelės“, turinčios hibridą bR-CT) apšviestos pumpuoja į save protonus, efektyviai sumažindamos pH (8 pav.). Šis iš pirmo žvilgsnio nereikšmingas išradimas ateityje gali tapti optoelektroninių ir fotoninių prietaisų pagrindu ir rasti pritaikymą elektros energijos pramonėje ir kitose fotoelektrinių konversijų srityse.

Apibendrinant, reikia pabrėžti, kad koloidinių nanokristalų pavidalo kvantiniai taškai yra perspektyviausi nano-, bionano- ir biovario-nanotechnologijų objektai. 1998 m. pirmą kartą pademonstravus kvantinių taškų, kaip fluoroforų, galimybes, kelerius metus buvo užliūlis, susijęs su naujų originalių požiūrių į nanokristalų panaudojimą formavimu ir šių unikalių objektų potencialo suvokimu. Tačiau pastaraisiais metais pastebimas staigus pakilimas: idėjų kaupimasis ir jų įgyvendinimas lėmė proveržį kuriant naujus prietaisus ir įrankius, pagrįstus puslaidininkinių nanokristalinių kvantinių taškų panaudojimu biologijoje, medicinoje, elektronikos inžinerijoje, technologijose. saulės energija ir daugelis kitų. Žinoma, dar yra daug neišspręstų problemų, tačiau didėjantis susidomėjimas, didėjantis komandų, kurios sprendžia šias problemas, skaičius, vis daugiau šiai sričiai skirtų publikacijų leidžia tikėtis, kad kvantiniai taškai taps naujos kartos technologijų ir technologijų pagrindu.

Vaizdo įrašas, kuriame užfiksuotas V.A. Oleinikovas antrajame IBCh RAS Jaunųjų mokslininkų tarybos seminare, vykusiame 2012 m. gegužės 17 d.

Literatūra

1. Oleinikovas V.A. (2010). Kvantiniai taškai biologijoje ir medicinoje. Gamta. 3 , 22;
2. Oleinikovas V.A., Sukhanova A.V., Nabievas I.R. (2007). Fluorescenciniai puslaidininkiniai nanokristalai biologijoje ir medicinoje. Rusijos nanotechnologijos. 2 , 160–173;
3. Alyona Sukhanova, Lydie Venteo, Jérôme'as Devy, Michailas Artemjevas, Vladimiras Oleinikovas ir kt. bendras (2002). Labai stabilūs fluorescenciniai nanokristalai kaip nauja etikečių klasė, skirta parafino įterptųjų audinių sekcijų imunohistocheminei analizei. Laboratorijos investicijos. 82 , 1259-1261;
4. C. B. Murray, D. J. Norrisas, M. G. Bawendi. (1993). Beveik monodispersinių CdE (E = siera, selenas, telūras) puslaidininkinių nanokristalitų sintezė ir apibūdinimas. J. Am. Chem. soc.. 115 , 8706-8715;
5. Margaret A. Hines, Philippe Guyot-Sionnest. (1998). Ryškūs UV-mėlyna liuminescenciniai koloidiniai ZnSe nanokristalai. J Phys. Chem. B. 102 , 3655-3657;
6. Manna L., Scher E.C., Alivisatos P.A. (2002). Koloidinių puslaidininkinių nanokristalų formos valdymas. J. Klast. sci. 13 , 521–532;
7. Fluorescencinė Nobelio chemijos premija ;
8. Igoris Nabievas, Siobhanas Mitchellas, Anthony Daviesas, Yvonne Williams, Dermotas Kelleheris ir kt. al. (2007). Nefunkcionalizuoti nanokristalai gali išnaudoti aktyvią ląstelės transportavimo mašiną, pristatydami juos į konkrečius branduolinius ir citoplazminius skyrius. Nano Lett.. 7 , 3452-3461;
9. Yvonne Williams, Alyona Sukhanova, MaÅ‚gorzata Nowostawska, Anthony M. Davies, Siobhan Mitchell ir kt. al. (2009). Ląstelių tipui specifinių tarpląstelinių nanoskalės barjerų zondavimas naudojant pagal dydį suderintus kvantinius taškus, nano pH matuoklį;
10. Alyona Sukhanova, Andrejus S. Susha, Alpanas Bekas, Sergiy Mayilo, Andrey L. Rogach ir kt. al. (2007). Nanokristalais užkoduoti fluorescenciniai mikrokaroliukai proteomikai: antikūnų profiliavimas ir autoimuninių ligų diagnostika. Nano Lett.. 7 , 2322-2327;
11. Aliaksandra Rakovich, Alyona Sukhanova, Nicolas Bouchonville, Evgeniy Lukaševas, Vladimiras Oleinikovas ir kt. al. (2010). Rezonanso energijos perdavimas pagerina bakteriorodopsino biologinę funkciją hibridinėje medžiagoje, pagamintoje iš purpurinių membranų ir puslaidininkinių kvantinių taškų. Nano Lett.. 10 , 2640-2648;