Квантовите точки са нова технология за производство на дисплеи. Квантова точка

Многобройни спектроскопски методи, които се появяват през втората половина на 20-ти век - електронна и атомна силова микроскопия, ядрено-магнитна резонансна спектроскопия, масова спектрометрия - изглежда, че традиционната оптична микроскопия е „пенсионирана“ отдавна. Въпреки това умелото използване на феномена на флуоресценцията повече от веднъж удължава живота на „ветерана“. Тази статия ще говори за квантови точки(флуоресцентни полупроводникови нанокристали), които вдъхнаха нова сила на оптичната микроскопия и направиха възможно да се погледне отвъд прословутата граница на дифракция. Уникалните физични свойства на квантовите точки ги правят идеален инструмент за ултрачувствителен многоцветен запис на биологични обекти, както и за медицинска диагностика.

Работата дава разбиране на физическите принципи, които определят уникалните свойства на квантовите точки, основните идеи и перспективи за използването на нанокристалите и описва вече постигнатите успехи на тяхното използване в биологията и медицината. Статията се основава на резултатите от изследвания, проведени през последните години в Лабораторията по молекулярна биофизика на Института по биоорганична химия на името на. ММ. Шемякин и Ю.А. Овчинников, заедно с Университета в Реймс и Беларуския държавен университет, насочени към разработване на ново поколение биомаркерна технология за различни области на клиничната диагностика, включително рак и автоимунни заболявания, както и създаване на нови видове наносензори за едновременен запис на много биомедицински параметри. Оригиналната версия на произведението е публикувана в Nature; до известна степен статията се основава на втория семинар на Съвета на младите учени на IBCh RAS. - Ед.

Част I, теоретична

Фигура 1. Дискретни енергийни нива в нанокристалите."Твърд" полупроводник ( наляво) има валентна зона и зона на проводимост, разделени от забранена зона напр. Полупроводников нанокристал ( на дясно) се характеризира с дискретни енергийни нива, подобни на енергийните нива на един атом. В нанокристал напре функция на размера: увеличаването на размера на нанокристала води до намаляване напр.

Намаляването на размера на частиците води до проява на много необичайни свойства на материала, от който е направен. Причината за това са квантово-механичните ефекти, които възникват, когато движението на носителите на заряд е пространствено ограничено: енергията на носителите в този случай става дискретна. А броят на енергийните нива, както учи квантовата механика, зависи от размера на „потенциалната яма“, височината на потенциалната бариера и масата на носителя на заряда. Увеличаването на размера на „кладенеца“ води до увеличаване на броя на енергийните нива, които стават все по-близо едно до друго, докато се слеят и енергийният спектър стане „твърд“ (фиг. 1). Движението на носителите на заряд може да бъде ограничено по една координата (формиране на квантови филми), по две координати (квантови проводници или нишки) или във всичките три посоки - това ще бъде квантови точки(CT).

Полупроводниковите нанокристали са междинни структури между молекулни клъстери и „твърди“ материали. Границите между молекулярни, нанокристални и твърди материали не са ясно определени; въпреки това диапазонът от 100 ÷ 10 000 атома на частица може условно да се счита за „горна граница“ на нанокристалите. Горната граница съответства на размери, при които интервалът между енергийните нива надвишава енергията на топлинните вибрации kT (к- константа на Болцман, T- температура), когато носителите на заряд станат подвижни.

Естествената скала на дължината на електронно възбудени области в "непрекъснати" полупроводници се определя от радиуса на екситона на Бор a x, което зависи от силата на кулоновото взаимодействие между електрона ( д) И дупка (ч). В нанокристали от порядъка на величината a x самия размерзапочва да влияе на конфигурацията на двойката e–hа оттам и размера на екситона. Оказва се, че в този случай електронните енергии се определят пряко от размера на нанокристала - това явление е известно като "ефект на квантовото ограничение". Използвайки този ефект, е възможно да се регулира ширината на забранената лента на нанокристала ( напр), просто чрез промяна на размера на частиците (Таблица 1).

Уникални свойства на квантовите точки

Като физически обект, квантовите точки са известни от доста дълго време, като са една от формите, които се развиват интензивно днес. хетероструктури. Особеността на квантовите точки под формата на колоидни нанокристали е, че всяка точка е изолиран и подвижен обект, разположен в разтворител. С такива нанокристали могат да се конструират различни асоциати, хибриди, подредени слоеве и др., на базата на които се изграждат елементи на електронни и оптоелектронни устройства, сонди и сензори за анализ в микрообеми материя, различни флуоресцентни, хемилуминесцентни и фотоелектрохимични наноразмерни сензори .

Причината за бързото навлизане на полупроводниковите нанокристали в различни области на науката и технологиите са техните уникални оптични характеристики:

• тесен симетричен пик на флуоресценция (за разлика от органичните багрила, които се характеризират с наличието на дълговълнова „опашка“; Фиг. 2, наляво), чиято позиция се контролира от избора на размера на нанокристала и неговия състав (фиг. 3);
• широка лента на възбуждане, което прави възможно възбуждането на нанокристали с различни цветове с един източник на излъчване (фиг. 2, наляво). Това предимство е основно при създаването на системи за многоцветно кодиране;
• висока яркост на флуоресценция, определяща се от висока стойност на екстинкция и висок квантов добив (за нанокристали CdSe/ZnS - до 70%);
• уникално висока фотостабилност (фиг. 2, на дясно), което позволява използването на източници на възбуждане с висока мощност.

Фигура 2. Спектрални свойства на кадмиево-селенови (CdSe) квантови точки. Наляво:Нанокристали с различни цветове могат да бъдат възбудени от един източник (стрелката показва възбуждане с аргонов лазер с дължина на вълната 488 nm). Вложката показва флуоресценцията на нанокристали CdSe/ZnS с различни размери (и съответно цветове), възбудени от един източник на светлина (UV лампа). На дясно:Квантовите точки са изключително фотостабилни в сравнение с други обичайни багрила, които бързо се разграждат под лъча на живачна лампа във флуоресцентен микроскоп.

Фигура 3. Свойства на квантовите точки, направени от различни материали. горе:Диапазони на флуоресценция на нанокристали, направени от различни материали. отдолу: CdSe квантовите точки с различни размери покриват целия видим диапазон от 460–660 nm. Долу вдясно:Диаграма на стабилизирана квантова точка, където „ядрото“ е покрито с полупроводникова обвивка и защитен полимерен слой.

Технология на получаване

Синтезът на нанокристали се извършва чрез бързо инжектиране на прекурсорни съединения в реакционната среда при висока температура (300–350 °C) и последващ бавен растеж на нанокристали при относително ниска температура (250–300 °C). В режим на синтез "фокусиране" скоростта на растеж на малките частици е по-голяма от скоростта на растеж на големите, в резултат на което разпространението на размерите на нанокристалите намалява.

Технологията за контролиран синтез дава възможност да се контролира формата на наночастиците, като се използва анизотропията на нанокристалите. Характерната кристална структура на конкретен материал (например CdSe се характеризира с хексагонална опаковка - вюрцит, Фиг. 3) медиира „предпочитаните“ посоки на растеж, които определят формата на нанокристалите. Така се получават нанопръчки или тетраподи – удължени в четири посоки нанокристали (фиг. 4).

Фигура 4. Различни форми на нанокристали CdSe. Наляво: CdSe/ZnS сферични нанокристали (квантови точки); В центъра:пръчковидни (квантови пръчки). На дясно:под формата на тетраподи. (Трансмисионна електронна микроскопия. Марка - 20 nm.)

Бариери пред практическото приложение

Съществуват редица ограничения за практическото приложение на нанокристали от полупроводници от II–VI група. Първо, техният квантов добив на луминесценция значително зависи от свойствата на околната среда. Второ, стабилността на „ядрата“ на нанокристалите във водни разтвори също е ниска. Проблемът е в повърхностните „дефекти“, които играят ролята на нерадиационни рекомбинационни центрове или „капани“ за възбудени e–hпара.

За да се преодолеят тези проблеми, квантовите точки са обвити в обвивка, състояща се от няколко слоя материал с широка междина. Това ви позволява да се изолирате e-hдвойка в ядрото, увеличават живота му, намаляват нерадиационната рекомбинация и следователно увеличават квантовия добив на флуоресценция и фотостабилност.

В тази връзка към днешна дата най-широко използваните флуоресцентни нанокристали имат структура ядро/обвивка (фиг. 3). Разработените процедури за синтез на нанокристали CdSe/ZnS позволяват да се постигне квантов добив от 90%, което е близо до най-добрите органични флуоресцентни багрила.

Част II: Приложения на квантови точки под формата на колоидни нанокристали

Флуорофори в медицината и биологията

Уникалните свойства на QD правят възможно използването им в почти всички системи за маркиране и визуализиране на биологични обекти (с изключение само на флуоресцентни вътреклетъчни етикети, генетично експресирани - добре познати флуоресцентни протеини).

За визуализиране на биологични обекти или процеси, QD могат да бъдат въведени в обекта директно или с „зашити“ молекули за разпознаване (обикновено антитела или олигонуклеотиди). Нанокристалите проникват и се разпределят в обекта в съответствие с техните свойства. Например, нанокристали с различни размери проникват през биологичните мембрани по различни начини и тъй като размерът определя цвета на флуоресценцията, различните области на обекта също са оцветени по различен начин (фиг. 5). Наличието на разпознаващи молекули на повърхността на нанокристалите позволява целенасочено свързване: желаният обект (например тумор) се боядисва с даден цвят!

Фигура 5. Оцветяване на обекти. Наляво:многоцветно конфокално флуоресцентно изображение на разпределението на квантовите точки на фона на микроструктурата на клетъчния цитоскелет и ядро ​​в човешки фагоцитни THP-1 клетки. Нанокристалите остават фотостабилни в клетките най-малко 24 часа и не причиняват нарушаване на клетъчната структура и функция. На дясно:натрупване на нанокристали, "омрежени" с RGD пептид в областта на тумора (стрелка). Вдясно е контролата, въведени са нанокристали без пептид (нанокристали CdTe, 705 nm).

Спектрално кодиране и „течни микрочипове“

Както вече беше посочено, пикът на флуоресценция на нанокристалите е тесен и симетричен, което прави възможно надеждното изолиране на флуоресцентния сигнал на нанокристали с различни цветове (до десет цвята във видимия диапазон). Напротив, лентата на поглъщане на нанокристалите е широка, т.е. нанокристали от всички цветове могат да бъдат възбудени от един източник на светлина. Тези свойства, както и тяхната висока фотостабилност, правят квантовите точки идеални флуорофори за многоцветно спектрално кодиране на обекти - подобно на баркод, но използвайки многоцветни и "невидими" кодове, които флуоресцират в инфрачервената област.

Понастоящем все по-често се използва терминът „течни микрочипове“, който позволява, подобно на класическите плоски чипове, където детекторните елементи са разположени в равнина, да се извършва анализ на много параметри едновременно, като се използват микрообеми на проба. Принципът на спектрално кодиране с помощта на течни микрочипове е илюстриран на фигура 6. Всеки елемент на микрочип съдържа определени количества QD от определени цветове и броят на кодираните опции може да бъде много голям!

Фигура 6. Принцип на спектрално кодиране. Наляво:"обикновен" плосък микрочип. На дясно:“течен микрочип”, всеки елемент от който съдържа определени количества КТ с определени цветове. При ннива на интензитет на флуоресценция и мцветове, теоретичният брой кодирани опции е n m−1. Така че за 5–6 цвята и 6 нива на интензитет това ще бъдат 10 000–40 000 опции.

Такива кодирани микроелементи могат да се използват за директно маркиране на всякакви обекти (например ценни книжа). Когато са вградени в полимерни матрици, те са изключително стабилни и издръжливи. Друг аспект на приложение е идентифицирането на биологични обекти при разработването на ранни диагностични методи. Методът за индикация и идентификация е, че специфична молекула за разпознаване е прикрепена към всеки спектрално кодиран елемент на микрочипа. В разтвора има втора разпознаваща молекула, към която е „пришит“ сигнален флуорофор. Едновременната поява на флуоресценция на микрочип и сигнален флуорофор показва наличието на изследвания обект в анализираната смес.

Поточната цитометрия може да се използва за онлайн анализ на кодирани микрочастици. Разтвор, съдържащ микрочастици, преминава през лазерно облъчен канал, където всяка частица се характеризира спектрално. Софтуерът на инструмента ви позволява да идентифицирате и характеризирате събития, свързани с появата на определени съединения в проба - например маркери за рак или автоимунни заболявания.

В бъдеще микроанализатори могат да бъдат създадени на базата на полупроводникови флуоресцентни нанокристали, за да записват едновременно огромен брой обекти.

Молекулярни сензори

Използването на КТ като сонди прави възможно измерването на параметри на околната среда в локални зони, чийто размер е сравним с размера на сондата (нанометров мащаб). Работата на такива измервателни уреди се основава на използването на ефекта на Förster на нерадиационен резонансен трансфер на енергия (Förster resonanse energy transfer - FRET). Същността на FRET ефекта е, че когато два обекта (донор и акцептор) се приближат и се припокрият флуоресцентен спектърпърво от спектър на поглъщаневторо, енергията се пренася без радиация - и ако акцепторът може да флуоресцира, той ще свети с двойна интензивност.

Вече писахме за FRET ефекта в статията „ Рулетка за спектроскопист » .

Три параметъра на квантовите точки ги правят много привлекателни донори в системи с формат FRET.

1. Възможност за избор на дължина на вълната на излъчване с висока точност, за да се получи максимално припокриване между спектрите на излъчване на донора и възбуждането на акцептора.
2. Способността да се възбуждат различни КТ със същата дължина на вълната на един източник на светлина.
3. Възможност за възбуждане в спектрална област, далеч от дължината на вълната на излъчване (разлика >100 nm).

Има две стратегии за използване на FRET ефекта:

• регистрация на акта на взаимодействие на две молекули поради конформационни промени в донорно-акцепторната система и
• регистриране на промени в оптичните свойства на донора или акцептора (например спектър на поглъщане).

Този подход направи възможно внедряването на наноразмерни сензори за измерване на pH и концентрацията на метални йони в локална област на пробата. Чувствителният елемент в такъв сензор е слой от индикаторни молекули, които променят оптичните свойства, когато се свържат с открития йон. В резултат на свързването се променя припокриването между спектрите на флуоресценция на QD и спектрите на абсорбция на индикатора, което също променя ефективността на преноса на енергия.

Подход, използващ конформационни промени в донорно-акцепторната система, е приложен в наномащабен температурен сензор. Действието на сензора се основава на температурна промяна във формата на полимерната молекула, свързваща квантовата точка и акцептора - гасителя на флуоресценцията. При промяна на температурата се променя както разстоянието между гасителя и флуорофора, така и интензивността на флуоресценцията, от която се прави извод за температурата.

Молекулярна диагностика

Разкъсването или образуването на връзка между донор и акцептор може да бъде открито по същия начин. Фигура 7 демонстрира принципа на регистрация „сандвич“, при който регистрираният обект действа като връзка („адаптер“) между донора и акцептора.

Фигура 7. Принцип на регистрация с помощта на FRET формат.Образуването на конюгат („течен микрочип“)-(регистриран обект)-(сигнален флуорофор) доближава донора (нанокристал) до акцептора (багрило AlexaFluor). Самото лазерно лъчение не възбужда флуоресценцията на багрилото; флуоресцентният сигнал се появява само поради резонансен трансфер на енергия от нанокристала CdSe/ZnS. Наляво:структура на конюгат с пренос на енергия. На дясно:спектрална диаграма на възбуждане на багрилото.

Пример за прилагането на този метод е създаването на диагностичен комплект за автоимунно заболяване системна склеродермия(склеродермия). Тук донорът беше квантови точки с дължина на вълната на флуоресценция 590 nm, а акцепторът беше органично багрило - AlexaFluor 633. Антиген беше "зашит" върху повърхността на микрочастица, съдържаща квантови точки към автоантитела - маркер на склеродермия. В разтвора бяха въведени вторични антитела, маркирани с боя. При липса на мишена багрилото не се доближава до повърхността на микрочастицата, няма пренос на енергия и багрилото не флуоресцира. Но ако в пробата се появят автоантитела, това води до образуването на комплекс микрочастици-автоантитела-багрило. В резултат на пренос на енергия багрилото се възбужда и в спектъра се появява неговият флуоресцентен сигнал с дължина на вълната 633 nm.

Важността на тази работа е също, че автоантителата могат да се използват като диагностични маркери в много ранните етапи от развитието на автоимунни заболявания. „Течните микрочипове“ позволяват да се създават тестови системи, в които антигените са разположени в много по-естествени условия, отколкото в самолет (както в „обикновените“ микрочипове). Вече получените резултати проправят пътя за създаването на нов тип клинични диагностични тестове, базирани на използването на квантови точки. И прилагането на подходи, базирани на използването на спектрално кодирани течни микрочипове, ще позволи едновременно да се определи съдържанието на много маркери наведнъж, което е основата за значително повишаване на надеждността на диагностичните резултати и разработването на ранни диагностични методи .

Хибридни молекулярни устройства

Способността за гъвкаво управление на спектралните характеристики на квантовите точки отваря пътя към наноразмерни спектрални устройства. По-специално, КТ на базата на кадмий-телур (CdTe) направиха възможно разширяването на спектралната чувствителност бактериородопсин(bP), известен със способността си да използва светлинна енергия за „изпомпване“ на протони през мембрана. (Полученият електрохимичен градиент се използва от бактериите за синтезиране на АТФ.)

Всъщност е получен нов хибриден материал: закрепване на квантови точки към лилава мембрана- липидна мембрана, съдържаща плътно опаковани молекули на бактериородопсин - разширява обхвата на фоточувствителност към UV и сините области на спектъра, където "обикновеният" bP не абсорбира светлина (фиг. 8). Механизмът на пренос на енергия към бактериородопсин от квантова точка, която абсорбира светлина в UV и синята област, е все същият: той е FRET; Акцепторът на радиация в този случай е ретината- същият пигмент, който работи във фоторецептора родопсин.

Фигура 8. „Надграждане“ на бактериородопсин с помощта на квантови точки. Наляво:протеолипозома, съдържаща бактериородопсин (под формата на тримери) с базирани на CdTe квантови точки, „пришити“ към нея (показани като оранжеви сфери). На дясно: схема за разширяване на спектралната чувствителност на bR поради CT: зона на спектъра поглъщания QD е в UV и синята част на спектъра; диапазон емисиимогат да бъдат „настроени“ чрез избор на размера на нанокристала. В тази система обаче енергията не се излъчва от квантовите точки: енергията нерадиационно мигрира към бактериородопсин, който върши работа (изпомпва H + йони в липозомата).

Протеолипозоми (липидни „везикули“, съдържащи bP-QD хибрид), създадени на базата на такъв материал, изпомпват протони в себе си, когато са осветени, като ефективно понижават рН (фиг. 8). Това на пръв поглед незначително изобретение може в бъдеще да залегне в основата на оптоелектронни и фотонни устройства и да намери приложение в областта на електроенергията и други видове фотоелектрични преобразувания.

Обобщавайки, трябва да се подчертае, че квантовите точки под формата на колоидни нанокристали са най-обещаващите обекти на нано-, бионано- и биомедните нанотехнологии. След първата демонстрация на възможностите на квантовите точки като флуорофори през 1998 г., настъпи няколкогодишно затишие, свързано с формирането на нови оригинални подходи към използването на нанокристали и реализирането на потенциалните възможности, които тези уникални обекти притежават. Но през последните години се наблюдава рязък възход: натрупването на идеи и тяхното внедряване определиха пробив в създаването на нови устройства и инструменти, базирани на използването на полупроводникови нанокристални квантови точки в биологията, медицината, електронното инженерство, слънчевата енергия технология и много други. Разбира се, все още има много нерешени проблеми по този път, но нарастващият интерес, нарастващият брой екипи, работещи по тези проблеми, нарастващият брой публикации, посветени на тази област, ни позволяват да се надяваме, че квантовите точки ще станат основа на следващото поколение оборудване и технологии.

Видеозапис на речта на V.A Олейникована втория семинар на Съвета на младите учени на ИБХ РАН, проведен на 17 май 2012 г.

Литература

1. Олейников В.А. (2010). Квантовите точки в биологията и медицината. Природата. 3 , 22;
2. Олейников В.А., Суханова А.В., Набиев И.Р. (2007). Флуоресцентни полупроводникови нанокристали в биологията и медицината. Руски нанотехнологии. 2 , 160–173;
3. Альона Суханова, Лиди Вентео, Жером Деви, Михаил Артемиев, Владимир Олейников и др. др.. (2002). Високо стабилни флуоресцентни нанокристали като нов клас етикети за имунохистохимичен анализ на вградени в парафин тъканни срезове. Лаб Инвест. 82 , 1259-1261;
4. C. B. Murray, D. J. Norris, M. G. Bawendi. (1993). Синтез и характеризиране на почти монодисперсни CdE (E = сяра, селен, телур) полупроводникови нанокристалити. J. Am. Chem. Soc.. 115 , 8706-8715;
5. Маргарет А. Хайнс, Филип Гийо-Сионнест. (1998). Ярки UV-сини луминесцентни колоидни ZnSe нанокристали. J. Phys. Chem. Б. 102 , 3655-3657;
6. Manna L., Scher E.C., Alivisatos P.A. (2002). Контрол на формата на колоидни полупроводникови нанокристали. J. Clust. Sci. 13 , 521–532;
7. Флуоресцентна Нобелова награда за химия;
8. Игор Набиев, Сиобхан Мичъл, Антъни Дейвис, Ивон Уилямс, Дермот Келехър и др. др.. (2007). Нефункционализираните нанокристали могат да използват активната транспортна машина на клетката, доставяйки ги до специфични ядрени и цитоплазмени отделения. Nano Lett.. 7 , 3452-3461;
9. Yvonne Williams, Alyona Sukhanova, MaÅgorzata Nowostawska, Anthony M. Davies, Siobhan Mitchell и др. др.. (2009). Проучване на специфични за клетъчния тип вътреклетъчни наномащабни бариери с помощта на настроен на размер квантови точки нано-pH метър;
10. Альона Суханова, Андрей С. Суша, Алпан Бек, Сергей Майло, Андрей Л. Рогач и др. др.. (2007). Нанокристално кодирани флуоресцентни микрозърна за протеомика: профилиране на антитела и диагностика на автоимунни заболявания. Nano Lett.. 7 , 2322-2327;
11. Александра Ракович, Альона Суханова, Никола Бушонвил, Евгений Лукашев, Владимир Олейников и др. др.. (2010). Преносът на резонансна енергия подобрява биологичната функция на бактериородопсин в рамките на хибриден материал, изграден от лилави мембрани и полупроводникови квантови точки. Nano Lett.. 10 , 2640-2648;

Квантови точкиса малки кристали, които излъчват светлина с прецизно контролирани цветови стойности. Quantum dot LED технологията значително подобрява качеството на изображението, без да влияе на крайната цена на устройствата, на теория :).

Конвенционалните LCD телевизори могат да покрият само 20-30% от цветовата гама, която човешкото око може да възприеме. Изображението не е много реалистично, но тази технология не е насочена към масово производство на големи диагонали на дисплея. Тези, които следят телевизионния пазар си спомнят, че още в началото на 2013 г. Sony представи първия Телевизор, базиран на квантови точки (Quantum dot LED, QLED). Големите производители на телевизори ще пуснат модели с квантови точки тази година; Samsung вече ги представи в Русия под името SUHD, но повече за това в края на статията. Нека разберем как дисплеите, произведени с помощта на QLED технологията, се различават от вече познатите LCD телевизори.

На LCD телевизорите им липсват чисти цветове

В крайна сметка дисплеите с течни кристали се състоят от 5 слоя: източникът е бяла светлина, излъчвана от светодиоди, която преминава през няколко поляризационни филтъра. Филтрите, разположени отпред и отзад, заедно с течни кристали контролират преминаващия светлинен поток, като намаляват или увеличават неговата яркост. Това се случва благодарение на пикселните транзистори, които влияят на количеството светлина, преминаваща през филтрите (червено, зелено, синьо). Генерираният цвят на тези три субпиксела, върху които се прилагат филтри, дава определена цветова стойност на пиксела. Смесването на цветовете става доста гладко, но е просто невъзможно да се получи чисто червено, зелено или синьо по този начин. Препъникамъкът са филтри, които предават не само една вълна с определена дължина, а цяла поредица от вълни с различна дължина. Например, оранжевата светлина също преминава през червен филтър.

Светодиодът излъчва светлина, когато към него се приложи напрежение. Поради това електроните (e) се прехвърлят от N-тип материал към P-тип материал. Материалът от N-тип съдържа атоми с излишен брой електрони. Материалът от тип P съдържа атоми, които нямат електрони. Когато излишните електрони навлязат в последния, те освобождават енергия под формата на светлина. В конвенционален полупроводников кристал това обикновено е бяла светлина, произведена от много различни дължини на вълната. Причината за това е, че електроните могат да бъдат на различни енергийни нива. В резултат на това получените фотони (P) имат различни енергии, което води до различни дължини на вълната на излъчване.

Светлинна стабилизация с квантови точки

IN QLED телевизориКвантовите точки действат като източник на светлина - това са кристали с размери само няколко нанометра. В този случай няма нужда от слой със светлинни филтри, тъй като при подаване на напрежение към тях кристалите винаги излъчват светлина с ясно определена дължина на вълната и следователно стойност на цвета. Този ефект се постига чрез малкия размер на квантовата точка, в която електронът, подобно на атома, може да се движи само в ограничено пространство. Както в атома, електронът на квантовата точка може да заема само строго определени енергийни нива. Поради факта, че тези енергийни нива също зависят от материала, става възможно специално да се настроят оптичните свойства на квантовите точки. Например, за получаване на червен цвят се използват кристали от сплав от кадмий, цинк и селен (CdZnSe), чийто размер е около 10–12 nm. Сплав от кадмий и селен е подходяща за жълти, зелени и сини цветове, като последният може да бъде получен и с помощта на нанокристали от цинково-сярно съединение с размер 2–3 nm.

Масовото производство на сини кристали е много сложно и скъпо, така че телевизорът, представен от Sony през 2013 г., не е „чистокръвен“ QLED телевизор, базиран на квантови точки. В задната част на техните дисплеи има слой от сини светодиоди, чиято светлина преминава през слой от червени и зелени нанокристали. В резултат на това те по същество заместват обичайните в момента светлинни филтри. Благодарение на това цветовата гама се увеличава с 50% в сравнение с конвенционалните LCD телевизори, но не достига нивото на „чист“ QLED екран. Последните, в допълнение към по-широката цветова гама, имат още едно предимство: пестят енергия, тъй като няма нужда от слой със светлинни филтри. Благодарение на това предната част на екрана при QLED телевизорите също получава повече светлина, отколкото при конвенционалните телевизори, които пропускат само около 5% от светлинния поток.

QLED телевизор с Quantum Dot дисплей от Samsung

Samsung Electronics представи в Русия премиум телевизори, направени по технологията на квантовите точки. Новите продукти с разделителна способност 3840 × 2160 пиксела не бяха евтини, а флагманският модел беше на цена от 2 милиона рубли.

иновации.Извитите SUHD телевизори Samsung, базирани на квантови точки, се различават от обикновените LCD модели по по-високи характеристики на цветопредаване, контраст и консумация на енергия. Интегрираният SUHD Remastering Engine ви позволява да увеличите мащаба на видео съдържание с ниска разделителна способност до 4K. Освен това новите телевизори получиха интелигентните функции за подсветка Peak Illuminator и Precision Black, технологията Nano Crystal Color (подобрява наситеността и естествеността на цветовете), UHD Dimming (осигурява оптимален контраст) и Auto Depth Enhancer (автоматично регулира контраста за определени зони на картината). Софтуерната основа на телевизорите е операционната система Tizen с обновената платформа Samsung Smart TV.

цени.Семейството телевизори Samsung SUHD е представено в три серии (JS9500, JS9000 и JS8500), където цената започва от 130 хиляди рубли. Ето колко ще струва на руските купувачи 48-инчовият модел UE48JS8500TXRU. Максималната цена за телевизор с квантови точки достига 2 милиона рубли - за модела UE88JS9500TXRU с 88-инчов извит дисплей.

Ново поколение телевизори, използващи технологията QLED, се подготвят от южнокорейските Samsung Electronics и LG Electronics, китайските TCL и Hisense и японските Sony. Последният вече пусна LCD телевизори, направени по технологията на квантовите точки, която споменах в описанието на технологията Quantum dot LED.

14 юни 2018 г

Квантовата точка е фрагмент от проводник или полупроводник, чиито носители на заряд (електрони или дупки) са ограничени в пространството във всичките три измерения. Размерът на квантовата точка трябва да е достатъчно малък, за да бъдат значителни квантовите ефекти. Това се постига, ако кинетичната енергия на електрона е значително по-голяма от всички други енергийни мащаби: на първо място, по-голяма от температурата, изразена в енергийни единици. Квантовите точки са синтезирани за първи път в началото на 80-те години от Алексей Екимов в стъклена матрица и от Луис Е. Брус в колоидни разтвори.

Терминът "квантова точка" е въведен от Марк Рийд.

Енергийният спектър на квантовата точка е дискретен и разстоянието между стационарните енергийни нива на носителя на заряд зависи от размера на самата квантова точка като - ħ/(2md^2), където:
ħ—редуцирана константа на Планк;
d е характерният размер на точката;
m е ефективната маса на електрон в точка

С прости думи, квантовата точка е полупроводник, чиито електрически характеристики зависят от нейния размер и форма.
Например, когато един електрон се премести на по-ниско енергийно ниво, се излъчва фотон; Тъй като можете да регулирате размера на квантовата точка, можете също да промените енергията на излъчения фотон и следователно да промените цвета на светлината, излъчвана от квантовата точка.

Видове квантови точки
Има два вида:
епитаксиални квантови точки;
колоидни квантови точки.

Всъщност те са кръстени на методите, използвани за получаването им. За тях няма да говоря подробно поради големия брой химични термини. Ще добавя само, че с помощта на колоиден синтез е възможно да се получат нанокристали, покрити със слой от адсорбирани молекули на повърхностно активното вещество. По този начин те са разтворими в органични разтворители, а след модифициране също и в полярни разтворители.

Дизайн с квантови точки
Обикновено квантовата точка е полупроводников кристал, в който се реализират квантови ефекти. Електронът в такъв кристал се чувства като в триизмерна потенциална яма и има много стационарни енергийни нива. Съответно, когато преминава от едно ниво на друго, квантовата точка може да излъчва фотон. С всичко това преходите се контролират лесно чрез промяна на размерите на кристала. Възможно е също така да прехвърлите електрон на високо енергийно ниво и да получите радиация от прехода между по-ниско разположените нива и в резултат на това да получим луминесценция. Всъщност именно наблюдението на това явление послужи като първото наблюдение на квантовите точки.

Сега за дисплеите
Историята на пълноценните дисплеи започва през февруари 2011 г., когато Samsung Electronics представи разработката на пълноцветен дисплей, базиран на QLED квантови точки. Това беше 4-инчов дисплей, управляван от активна матрица, т.е. Всеки цветен пиксел с квантова точка може да се включва и изключва от тънкослоен транзистор.

За да се създаде прототип, върху силиконова платка се нанася слой от разтвор на квантова точка и върху него се напръсква разтворител. След това гумен печат с гребенова повърхност се притиска в слоя от квантови точки, отделя се и се щампова върху стъкло или гъвкава пластмаса. Ето как ивици от квантови точки се нанасят върху субстрат. При цветните дисплеи всеки пиксел съдържа червен, зелен или син субпиксел. Съответно тези цветове се използват с различен интензитет, за да се получат възможно най-много нюанси.

Следващата стъпка в развитието беше публикуването на статия от учени от Индийския научен институт в Бангалор. Където бяха описани квантови точки, които луминесцират не само в оранжево, но и в диапазона от тъмно зелено до червено.

Защо LCD е по-лош?
Основната разлика между QLED дисплей и LCD е, че последният може да покрие само 20-30% от цветовата гама. Освен това в QLED телевизорите не е необходимо да се използва слой със светлинни филтри, тъй като кристалите, когато към тях се приложи напрежение, винаги излъчват светлина с ясно определена дължина на вълната и в резултат на това със същата стойност на цвета.

Дисплеите с течни кристали се състоят от 5 слоя: източникът е бяла светлина, излъчвана от светодиоди, която преминава през няколко поляризационни филтъра. Филтрите, разположени отпред и отзад, заедно с течни кристали контролират преминаващия светлинен поток, като намаляват или увеличават неговата яркост. Това се случва благодарение на пикселните транзистори, които влияят на количеството светлина, преминаваща през филтрите (червено, зелено, синьо).

Генерираният цвят на тези три субпиксела, върху които се прилагат филтри, дава определена цветова стойност на пиксела. Смесването на цветовете става доста гладко, но е просто невъзможно да се получи чисто червено, зелено или синьо по този начин. Препъникамъкът са филтри, които предават не само една вълна с определена дължина, а цяла поредица от вълни с различна дължина. Например, оранжевата светлина също преминава през червен филтър.

Струва си да се отбележи, че обхватът на приложение на квантовите точки не се ограничава само до LED монитори, наред с други неща, те могат да се използват в полеви транзистори, фотоклетки, лазерни диоди и възможността за използването им в медицината и квантовите изчисления; също се проучва.

Светодиодът излъчва светлина, когато към него се приложи напрежение. Поради това електроните (e) се прехвърлят от N-тип материал към P-тип материал. Материалът от N-тип съдържа атоми с излишен брой електрони. Материалът от тип P съдържа атоми, които нямат електрони. Когато излишните електрони навлязат в последния, те освобождават енергия под формата на светлина. В конвенционален полупроводников кристал това обикновено е бяла светлина, произведена от много различни дължини на вълната. Причината за това е, че електроните могат да бъдат на различни енергийни нива. В резултат на това получените фотони (P) имат различни енергии, което води до различни дължини на вълната на излъчване.

Светлинна стабилизация с квантови точки
QLED телевизорите използват квантови точки като източник на светлина – това са кристали с размер само няколко нанометра. В този случай няма нужда от слой със светлинни филтри, тъй като при подаване на напрежение към тях кристалите винаги излъчват светлина с ясно определена дължина на вълната и следователно стойност на цвета. Този ефект се постига чрез малкия размер на квантовата точка, в която електронът, подобно на атома, може да се движи само в ограничено пространство. Както в атома, електронът на квантовата точка може да заема само строго определени енергийни нива. Поради факта, че тези енергийни нива също зависят от материала, става възможно специално да се настроят оптичните свойства на квантовите точки. Например, за получаване на червен цвят се използват кристали от сплав от кадмий, цинк и селен (CdZnSe), чийто размер е около 10-12 nm. Сплав от кадмий и селен е подходяща за жълт, зелен и син цвят, последният може да се получи и с помощта на нанокристали от съединение на цинк и сяра с размер 2-3 nm.

Масовото производство на сини кристали е много трудно и скъпо, така че телевизорът, представен от Sony през 2013 г., не е „чистокръвен“ QLED телевизор, базиран на квантови точки. В задната част на техните дисплеи има слой от сини светодиоди, чиято светлина преминава през слой от червени и зелени нанокристали. В резултат на това те по същество заместват обичайните в момента светлинни филтри. Благодарение на това цветовата гама се увеличава с 50% в сравнение с конвенционалните LCD телевизори, но не достига нивото на „чист“ QLED екран. Последните, в допълнение към по-широката цветова гама, имат още едно предимство: пестят енергия, тъй като няма нужда от слой със светлинни филтри. Благодарение на това предната част на екрана при QLED телевизорите също получава повече светлина, отколкото при конвенционалните телевизори, които пропускат само около 5% от светлинния поток.

Учените са разработили теория за образуването на широко разпространен клас квантови точки, които се получават от съединения, съдържащи кадмий и селен. В продължение на 30 години разработките в тази област разчитаха до голяма степен на опити и грешки. Статията е публикувана в списанието Nature Communications.

Квантовите точки са кристални полупроводници с нано размери със забележителни оптични и електронни свойства, които вече са намерили приложение в много области на научните изследвания и технологиите. Те имат свойства, междинни между обемните полупроводници и отделните молекули. Въпреки това остават неясни аспекти в процеса на синтезиране на тези наночастици, тъй като учените не са успели да разберат напълно как взаимодействат реагентите, някои от които са силно токсични.

Тод Краус и Лий Френет от университета в Рочестър се стремят да променят това. По-специално, те установиха, че по време на реакцията на синтез се появяват токсични съединения, които бяха използвани за получаване на първите квантови точки преди 30 години. „Ние всъщност се върнахме „в бъдещето“ с нашето откритие“, обяснява Краус. „Оказа се, че по-безопасните реактиви, използвани днес, се превръщат точно в тези вещества, чиято употреба се опитват да избегнат от десетилетия. Те от своя страна реагират, за да образуват квантови точки.

Първо, това ще намали догадките, свързани с производството на базирани на кадмий или селен квантови точки, което доведе до несъответствия и невъзпроизводимост, които възпрепятстваха търсенето на индустриални приложения.
Второ, ще предупреди изследователите и компаниите, работещи с широкомащабен синтез на квантови точки, че все още се занимават с опасни вещества като водороден селенид и алкил-кадмиеви комплекси, макар и имплицитно.
Трето, ще изясни химичните свойства на фосфините, използвани в много процеси на синтез на квантови точки при висока температура.

източници:

"Очилата на професор Панков"- преносим апарат за квантово възстановяване и иридорефлексотерапия. Основната цел на устройството е лечението и необходимата профилактика на заболявания на очите, вътрешните органи и системите на човешкото тяло. Създаден от проф. Устройството Панков се използва широко в медицински болници, амбулаторни клиники, а също и самостоятелно у дома.

„Очилата Панков“ ще бъдат полезни за хора, чиято трудова дейност е неделима от високото натоварване на органа на зрението (офис служители, изследователи, мениджъри, програмисти, учители, писатели, шофьори на всички видове транспорт и др.).

Спецификации

Устройството представлява рамка за очила, в която са монтирани LED излъчватели, управлявани от вградени микропроцесорни контролери. Захранването на устройството е комбинирано с LED излъчватели. Брой излъчватели - 2 бр. Дължините на вълните на радиацията са 450, 530 и 650 nm. Изходящото лъчение има импулсно-периодичен режим на работа. Захранването се осъществява от 4 бутонни батерии (AG-13). Консумирана мощност - до 0,1 W. Устройството е с малко тегло - приблизително 200 грама.

Устройството “Очила Професор Панков” се доставя в следния комплект:

• Устройство "очила на Панков".
• Технически данни, инструкции за употреба.
• Опаковъчна кутия.

Принцип на действие

Излагането на светлинни импулси върху очите кара зениците да се свиват и разширяват рефлексивно, осигурявайки уникален лечебен ефект. Благодарение на него спазмите се облекчават и с течение на времето силата на акомодационния мускул се увеличава. Ритмичното свиване на очните мускули под действието на устройството активира лимфния дренаж, повишава кръвообращението в органа на зрението, подобрява микроциркулацията в тъканите на окото, включително ретината, което прави тяхното хранене пълноценно и правилно. В допълнение, излагането на светлина активира процеса на невронно предаване на сигнали и тяхното визуално възприемане.

Действието на устройството променя диаметъра на зеницата и в същото време се променя позицията на ириса, което води до подобряване на движението на вътреочната течност по пътищата на изтичане. Течността навлиза в предната камера обогатена, насищайки я с хранителни вещества. Това подобрява храненето на предния очен сегмент (роговица, ирис, леща), което прави „Очилата Панков” практически незаменими при патологии на тези структури на органа на зрението.

Показания

• начални степени на катаракта;
• дистрофия на ретината;
• глаукома;
• амблиопия, ;
• миопия (прогресивна);
• възраст;
• атрофия на зрителния нерв;
• компютърен синдром;
• период след офталмологични операции.

Начин на приложение

Сеансите с устройството трябва да се извършват в легнало или седнало положение. Преди да започнете, трябва да направите просто дихателно упражнение (дълбоки вдишвания и издишвания).

Не можете да провеждате сесии, докато гледате телевизия или точно преди лягане. Не се препоръчва използването на уреда в състояние на раздразнение или повишена нервност.

Продължителността на сесията на квантовата експозиция е петнадесет минути дневно.

Първата сесия трябва да започне със затворени очи (както всяка следваща) и да продължи до три минути, което е необходимо, за да се увеличи интензивността на ефекта постепенно. Всяка следваща сесия се удължава с 3 минути. Максималното възможно време на експозиция е 15 минути. Курсът на лечение включва 15 сесии. Може да се повтори не по-рано от месец по-късно.

В случай на синдром на умора на очите, сеансите трябва да се провеждат според нуждите в продължение на три минути (ежедневно) преди започване на работа, която причинява умора на очите, както и след това.

Резултатът от използването на устройството ще бъде много по-добър, ако използвате „Очила Pankov“ едновременно с витамини за очи в капсули (Lutein Complex или Anthocyan Forte), както и витаминни капки (Taufon, Quinax и др.).

Не се препоръчва прекъсване на сесиите за повече от три дни.

Противопоказания за използване на очила

• възпаление на очите в острата фаза;
• ретина;
• бременност;
• неоплазми на мозъка и очите;
• период след трансплантация;
• възраст до три години;
• хронични психични разстройства;
• некомпенсиран захарен диабет;
• хипотония;
• удар.

Цена на устройството, къде да купя

Ориз. 4.32. a е логаритъмът на обвивката на кохерентния мониторингов сигнал като функция на взаимното забавяне между импулсите за различни относителни приноси на хомогенни разширения по Лоренциан и нехомогенни по Гаус (r = 2 =!). Плътна линия – чисто лоренцово хомогенно разширение с ~ 2 = 21:25 µeV; пунктирана линия –r =1/1; пунктирана линия –r =1/2.5; тире-точка –r =1/14. Абсолютни стойности2 и! са избрани по такъв начин, че HWHM на фотолуминесцентната линия на единична квантова точка се поддържа постоянна (21:25 μeV) в съответствие с работата. b – Контурът на Voigt на фотолуминесцентната линия на единична квантова точка, изчислен за същите параметри, както в случай a.

измервателно устройство и настройка с веригата на Voigt. Това води до допълнителни грешки. На фиг. 4.32 b формите на фотолуминесцентните линии на единична квантова точка са начертани за същите съотношения2 = ! , както на фиг. 4.32 a. Вижда се, че най-информативната част от спектралните линии са техните крила, където е трудно да се постигне добро съотношение сигнал/шум. В същото време съответните промени в K () са най-изразени в областта, където кохерентният контролен сигнал може да бъде получен с достатъчна точност. По този начин кохерентният контролен метод може да се използва за изследване на ефектите от флуктуациите на зарядната среда в оптични и релаксационни процеси.

4.3. Приложения на квантовите точки

4.3.1. Лазери с квантови точки за оптични комуникации

Развитието на оптичните телекомуникации доведе до необходимостта от създаване на ефективни полупроводникови лазери и оптични усилватели, работещи в спектралната област на минимални вълноводни загуби (1,25–1,65 μm). Най-голямата дължина на вълната, постигната от InGaAs/GaAs лазери с квантови ямки, е 1230 nm за устройства, които генерират от края, и 1260 nm за лазери с вертикална кухина. Достатъчно големи прагови токове, ниска работна температура и ниска

Температурната стабилност на такива лазери не винаги отговаря на изискванията за високоскоростни телекомуникационни устройства.

Напредъкът в производството на многослойни структури от самосглобяващи се квантови точки от съединения A3 B5, достатъчно еднакви по размер и форма при висока повърхностна плътност, доведе до създаването на полупроводникови лазери с квантови точки като активна среда. В резултат на това спектралната област от 1,0–1,7 μm е станала достъпна за лазерно излъчване както за лазери с традиционен дизайн, така и за лазери с вертикална кухина, използващи InGaAs квантови точки и GaAs субстрати. По-специално, двата вида лазери могат да генерират радиация с дължина на вълната от 1,3 µm с изключително ниски прагови токове и висока изходна мощност. Наскоро беше демонстриран широколентов лазер с квантови точки, излъчващ при 1,5 μm с плътност на тока от само 70 A/cm2 на слой от квантови точки при стайна температура. Оптичните усилватели, базирани на структури с квантови точки, представляват интерес за високоскоростна обработка на сигнали при скорости над 40 Gbit/s. Важно е, че разработените GaAs технологии позволяват да се произвеждат сравнително евтини монолитни лазери с квантови точки с вертикална кухина и разпределени Bragg огледала на базата на двойки AlAs/GaAs и AlOx/GaAs.

Трябва да се отбележи, че поради нехомогенното разширяване на електронните преходи в квантовите точки става възможно да се разшири областта на непрекъсната настройка на дължината на вълната на лазера. С леко увеличение на праговите токове, той може да достигне 200 nm (1,033–1,234 µm).

Лазерите, използващи InAs квантови точки и InP субстрати, също представляват интерес, тъй като те позволяват излъчване в по-дълъг диапазон на дължина на вълната (1,8–2,3 μm), което е важно за приложения в молекулярната спектроскопия и дистанционно наблюдение на газови атмосфери с помощта на лидари. В същото време генерирането на радиация с дължини на вълните 1,9 и 2 μm от лазер с активна среда от такава хетероструктура досега е получено само при ниски (77 K) температури. Интересно е, че лазерното излъчване при дължини на вълните от 1,6 и 1,78 μm също е демонстрирано за лазери, базирани на InAs квантови проводници - едномерни квантови структури върху (001)InP субстрат. Накрая, непрекъснато лазерно излъчване в областта от 2 μm беше получено при стайна температура, използвайки базирани на InAsSb квантови точки, отгледани върху (001) InP субстрат като активна среда на лазера.

Интензивното развитие на тази посока доведе до факта, че в момента някои видове полупроводникови лазери с активна среда, базирана на квантови точки, станаха търговски достъпни.

260 A.V. Федоров, А.В. Баранов

4.3.2. Квантовите точки в биологията и медицината

Една от най-активно развиващите се области на приложение на полупроводниковите квантови точки е използването на колоидни квантови точки (полупроводникови нанокристали в органични и водни разтвори) като луминесцентни етикети за визуализиране на структурата на биологични обекти от различни видове и за ултрачувствително откриване на биохимични реакции, които са изключително важни в молекулярната и клетъчната биология, медицинската диагностика и терапия. Луминесцентният етикет е фосфор, свързан с линкерна молекула, която може селективно да се свързва с откриваема биологична структура (мишена). Етикетите трябва да са разтворими във вода, да имат висок коефициент на абсорбция и да имат висок квантов добив на луминесценция в тясна спектрална лента. Последното е особено важно за записване на многоцветни изображения, когато различни цели в клетка са етикетирани с различни етикети. Органичните багрила обикновено се използват като фосфор за етикети. Техните недостатъци са ниската устойчивост на фотоизбелване, което не позволява дългосрочни измервания, необходимостта от използване на няколко източника на светлина за възбуждане на различни багрила, както и голямата ширина и асиметрия на луминесцентните ленти, които усложняват анализа на многоцветни изображения.

Последните постижения в областта на нанотехнологиите ни позволяват да говорим за създаването на нов клас луминесцентни етикети, използващи полупроводникови квантови точки - колоидни нанокристали - като фосфор.

Синтезът на нанокристали на базата на съединения A2 B6 (CdSe, CdS, CdTe, ZnS) и A3 B5 (InP и GaAs) е известен от доста дълго време. Още през 1993 г. беше предложен високотемпературен органометален синтез на квантови точки на CdSe и бяха получени нанокристали с добра кристална структура и тясно разпределение по размер, но с квантов добив не надвишаващ 10%. Рязко увеличение на квантовия добив на квантовите точки до 85% при стайна температура беше постигнато, когато нанокристалите започнаха да се покриват с тънка (1-2 монослоя) обвивка от друг материал с по-голяма ширина на лентата (например за CdSe това е ZnS, CdS, CdO). Такива структури се наричат ​​квантови точки ядро/обвивка (QD ядро/обвивка). Диаметърът на квантовите точки (от 1,5 nm и повече) може да се контролира чрез промяна на времето за реакция, която протича при температура от около 300o C, от минути до няколко часа, или просто чрез избиране на необходимото количество продукт в различни моменти след началото на реакцията. В резултат на това се оказа възможно да се получи набор от квантови точки с еднакъв състав, но с различни размери. Например, позицията на луминесцентната лента на CdSe/ZnS КТ може да варира в диапазона от 433 до 650 nm (2.862–1.906 eV) с ширина на лентата от около 30 meV. Използването на други материали дава възможност за значително разширяване на спектралния диапазон на настройка на луминесцентната лента на нанокристалите (фиг. 4.33). По същество

Ориз. 4.33. Спектри на луминесценция на полупроводникови нанокристали с различен състав и размери. Плътните линии съответстват на нанокристали CdSe с диаметри 1,8, 3,0 и 6,0 nm, пунктираните линии съответстват на нанокристали InP с диаметри 3,0 и 4,6 nm, а пунктираните линии съответстват на нанокристали InAs с размери 2,8, 3,6, 4,6 и 6,0 nm .

че нанокристалите показват по-тесни и по-симетрични луминесцентни ленти от конвенционалните органични багрила. Това е изключително важно предимство при анализиране на многоцветни изображения. На фиг. Като пример, фиг. 4.34 сравнява спектрите на луминесценция на нанокристали CdSe/ZnS и молекули на родамин 6G.

Интензитет, отн. единици

Квантови точки

Дължина на вълната, nm

Ориз. 4.34. Сравнение на луминисцентни ленти на квантови точки и родамин 6G молекули.

Допълнително предимство е, че нанокристалите със същия състав обикновено имат широка лента на поглъщане с висок моларен коефициент на екстинкция (до 10-6 cm-1 M-1), съответстващ на преходи към високоенергийни състояния. Неговата позиция зависи слабо от размера на квантовата точка. Следователно, за разлика от багрилата, е възможно

262 A.V. Федоров, А.В. Баранов

ефективно възбуждане на луминесценция на нанокристали с различни размери с един източник на лазерна светлина. Основното предимство обаче е, че нанокристалите имат отлична фотостабилност: те не избледняват в продължение на няколко часа или дори дни, докато характерните времена на фотоизбелване на конвенционалните фосфори са ограничени до няколко минути (фиг. 4.35 AlexaFluor® 488Фиг. 4.35. Фотоиндуцирана деградация на луминесценция на етикети на базата на нанокристали CdSe/ZnS и традиционни молекулни фосфори под въздействието на радиация на живачна лампа.

Повърхността на такива квантови точки, получени в резултат на химическа реакция, е покрита с хидрофобни молекули, използвани при синтеза, така че те са разтворими само в органични разтворители. Тъй като биологичните единици (протеини, ДНК, пептиди) съществуват само във водни разтвори, са разработени методи за модифициране на повърхността на нанокристалите, които ги правят водоразтворими както с положително, така и с отрицателно заредени повърхности. Предложени са няколко вида линкерни молекули, които правят възможно селективното свързване на нанокристалите с анализираните биомолекули. Като пример, Фиг. 4.36 показва пример на нанокристал CdSe, покрит с обвивка от ZnS, която е ковалентно свързана с протеин чрез молекула на меркаптооцетна киселина.

Наскоро луминесцентни етикети, базирани на полупроводникови квантови точки за различни видове мишени, станаха търговски достъпни.

За да се използват квантовите точки in vivo, трябва да се вземат мерки за намаляване на тяхната токсичност. За тези цели се предлага да се поставят квантови точки в инертни полимерни сфери с диаметри 50–300 nm и да се използват като луминофори в случаите, когато относително големите размери на наносферите не пречат на тяхното използване. Използвайте