12 دسامبر 2022 – استفان ویسینانزا – نقاط کوانتومی
محققان تکنیک جدیدی را برای ایجاد نقاط کوانتومی “غول پیکر” ساطع کننده نور کشف کرده اند. یک ماده نانوبلور فوتونی که می تواند سنتز شود و در تصویربرداری پزشکی و اپتیک استفاده شود.این تحقیق در مجله Nano Letters منتشر شده است.
نقطه کوانتومی چیست؟
نقاط کوانتومی نانوبلورهای نیمه هادی کلوئیدی هستند که به اندازه یک الکترون هستند. آنها در یک محلول سنتز می شوندو هنگامی که منبع نور به سمت آنها هدف قرار می گیرد، فلورسانس می شوند و برای مدت طولانی در تابش نور باقی می مانند.
نقاط کوانتومی غول پیکر به طور مداوم نور ساطع می کنند.
محققان دانشگاه شیکاگو به نقطه عطف جدیدی در توسعه نقاط کوانتومی دست یافته اند. آنها نقاط کوانتومی «غول‌پیکر» را سنتز کرده‌اند که پس از فلورسانس، نور را به مدت 500 نانوثانیه ساطع می‌کنند و رکورد قدیمی چنین نانوموادی را بشکنند.این گروه شامل محققانی از دانشگاه پرینستون و دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا و همچنین افرادی بود که در آزمایشگاه اصلی مطالعه در دانشگاه شیکاگو بودند.
این تیم ویژگی و ساختار جدیدی را نشان داد که می‌تواند الکترون‌ها را به‌صورت فضایی محلی‌سازی کند. این ساختار جدید به الکترون‌ها اجازه می‌دهد تا روی حفره‌های درون یک هسته یا ساختار ناهمسان پوسته تمرکز کنند. این کار با تنظیم الکترون بار روی انرژی جنبشی سطح انرژی پتانسیل سهموی انجام می شود.
آنچه تیم گزارش می دهد
پرستون اسنی، دانشیار شیمی در دانشگاه کالیفرنیا، و نویسنده ارشد این مقاله، در مورد این جداسازی حامل بار (الکترون) می‌گوید که خاصیت تابشی ایجاد می‌کند که در طول عمر تک نانوذره ماندگاری بیشتری دارد.
او در بیانیه‌ای گفت: «این ویژگی‌ها کاربردهای جدیدی را برای اپتیک ممکن می‌سازد، رویکردهای جدید مانند تصویربرداری تک ذره‌ای با دریچه زمانی را تسهیل می‌کند و راه‌هایی برای توسعه سایر مواد پیشرفته جدید ایجاد می‌کند».
محققان توانستند نقطه کوانتومی را با قرار دادن آنها در یک پرتو نور در حالت تحریک قرار دهند که منجر به حالت “اکسایتون” شد. حالت اکسایتون یک جفت الکترون یا حفره است. با نقاط کوانتومی غول پیکر، الکترون در پوسته الکترونی دور از مرکز یا هسته جابجا می شود. الکترون در این حالت به دام می افتد و بیش از 500 نانوثانیه نور ساطع می کند که رکوردی برای این فرآیند است.
تصویربرداری بیولوژیکی از چنین نانوذراتی امید تیم است. کاربردهای اساسی دیگری از چنین نانومواد نیمه هادی تابشی وجود دارد که می تواند بسیار گسترده باشد، حتی به عنوان تامین کننده نور در لیزرهای میکرونی.
چگونه این ویژگی جدید در مطالعات بیولوژیکی کمک می کند
محققان در این مقاله می‌نویسند: «نقاط کوانتومی به‌عنوان مواد گسیل‌کننده، نوید ایجاد نمایشگرهای کارآمدتر را دارند و می‌توانند به‌عنوان کاوشگرهای فلورسنت برای تحقیقات زیست‌پزشکی به دلیل خواص نوری بسیار قوی‌شان استفاده شوند». آنها 10 برابر تا 100 برابر بیشتر از رنگ‌های ارگانیک جذب می‌شوند و تقریباً در برابر سفید کردن نور غیرقابل نفوذ هستند، به همین دلیل است که در تلویزیون QLED جدید سامسونگ استفاده می‌شوند.
آینده برای نقاط کوانتومی
اعضای اصلی تیم بیان کرده‌اند که نقاط کوانتومی غول‌پیکر می‌توانند در اکتشافات بیولوژیکی بنیادی باشند. آنها برخی از فرآیندهای نوری خاص را دنبال می کنند، مانند انتشار طول موج های قرمز با پراکندگی کم و داشتن تداخل کمتر پس زمینه از نویز.
تحقیقات برای این نقاط کوانتومی بزرگتر می‌تواند ادامه یابد، زیرا ویژگی‌های ساطع نور مداوم آنهاست. برای مثال، هر دانشمندی که در حال مطالعه سرطان است، می تواند پروتئین های مربوطه را برچسب گذاری کند. سپس آن پروتئین ها را می توان در طول عمر سلول بدون از دست دادن دینامیک بیولوژیکی دنبال کرد. امروزه این یک مشکل رایج در مطالعه فلورسانس است.
