શુભ દિવસ, હેબ્રાઝિટેલિકી! મને લાગે છે કે ઘણા લોકોએ નોંધ્યું છે કે ક્વોન્ટમ ડોટ ટેક્નોલોજી, કહેવાતા QD – LED (QLED) ડિસ્પ્લે પર આધારિત ડિસ્પ્લે વિશેની જાહેરાતો વધુ અને વધુ વખત દેખાવાનું શરૂ થયું છે, તે હકીકત હોવા છતાં કે આ ક્ષણે આ માત્ર માર્કેટિંગ છે. LED ટીવી અને રેટિના જેવી જ, આ LCD ડિસ્પ્લે બનાવવા માટેની તકનીક છે જે બેકલાઇટ તરીકે ક્વોન્ટમ ડોટ-આધારિત LEDs નો ઉપયોગ કરે છે.
તમારા નમ્ર સેવકે ક્વોન્ટમ બિંદુઓ શું છે અને તેનો ઉપયોગ શું છે તે શોધવાનું નક્કી કર્યું.
પરિચય આપવાને બદલે
ક્વોન્ટમ ડોટ- કંડક્ટર અથવા સેમિકન્ડક્ટરનો ટુકડો, જેના ચાર્જ કેરિયર્સ (ઇલેક્ટ્રોન અથવા છિદ્રો) ત્રણેય પરિમાણોમાં અવકાશમાં મર્યાદિત છે. ક્વોન્ટમ ડોટનું કદ ક્વોન્ટમ ઇફેક્ટ્સ નોંધપાત્ર બનવા માટે એટલું નાનું હોવું જોઈએ. આ પ્રાપ્ત થાય છે જો ઇલેક્ટ્રોનની ગતિ ઊર્જા અન્ય તમામ ઉર્જા ભીંગડા કરતા નોંધપાત્ર રીતે વધારે હોય: સૌ પ્રથમ, ઉર્જા એકમોમાં દર્શાવવામાં આવેલા તાપમાન કરતા વધારે. 1980 ના દાયકાની શરૂઆતમાં એલેક્સી એકિમોવ દ્વારા ગ્લાસ મેટ્રિક્સમાં અને લુઈસ ઇ. બ્રોસ દ્વારા કોલોઇડલ સોલ્યુશન્સમાં ક્વોન્ટમ બિંદુઓનું સૌપ્રથમ સંશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું હતું. "ક્વોન્ટમ ડોટ" શબ્દ માર્ક રીડ દ્વારા બનાવવામાં આવ્યો હતો.ક્વોન્ટમ ડોટનું એનર્જી સ્પેક્ટ્રમ અલગ હોય છે, અને ચાર્જ કેરિયરના સ્થિર ઉર્જા સ્તરો વચ્ચેનું અંતર ક્વોન્ટમ ડોટના કદ પર આધાર રાખે છે - ħ/(2md^2), જ્યાં:
- ħ - ઘટાડો પ્લાન્ક કોન્સ્ટન્ટ;
- d એ બિંદુનું લાક્ષણિક કદ છે;
- m એ એક બિંદુ પર ઇલેક્ટ્રોનનો અસરકારક સમૂહ છે
ઉદાહરણ તરીકે, જ્યારે ઇલેક્ટ્રોન નીચા ઉર્જા સ્તર પર જાય છે, ત્યારે ફોટોન ઉત્સર્જિત થાય છે; તમે ક્વોન્ટમ ડોટના કદને સમાયોજિત કરી શકતા હોવાથી, તમે ઉત્સર્જિત ફોટોનની ઊર્જા પણ બદલી શકો છો, અને તેથી ક્વોન્ટમ ડોટ દ્વારા ઉત્સર્જિત પ્રકાશનો રંગ બદલી શકો છો.
ક્વોન્ટમ બિંદુઓના પ્રકાર
ત્યાં બે પ્રકાર છે:- એપિટેક્સિયલ ક્વોન્ટમ બિંદુઓ;
- કોલોઇડલ ક્વોન્ટમ બિંદુઓ.
ક્વોન્ટમ ડોટ ડિઝાઇન
સામાન્ય રીતે, ક્વોન્ટમ ડોટ એ સેમિકન્ડક્ટર ક્રિસ્ટલ છે જેમાં ક્વોન્ટમ અસરો અનુભવાય છે. આવા સ્ફટિકમાં ઈલેક્ટ્રોન એવું લાગે છે કે તે ત્રિ-પરિમાણીય સંભવિત કૂવામાં છે અને તેમાં ઘણા સ્થિર ઉર્જા સ્તરો છે. તદનુસાર, જ્યારે એક સ્તરથી બીજા સ્તરે જાય છે, ત્યારે ક્વોન્ટમ ડોટ ફોટોન ઉત્સર્જન કરી શકે છે. આ બધા સાથે, ક્રિસ્ટલના પરિમાણોને બદલીને સંક્રમણો નિયંત્રિત કરવા માટે સરળ છે. ઇલેક્ટ્રોનને ઉચ્ચ ઉર્જા સ્તર પર સ્થાનાંતરિત કરવું અને નીચલા સ્તરો વચ્ચેના સંક્રમણથી કિરણોત્સર્ગ પ્રાપ્ત કરવાનું પણ શક્ય છે અને પરિણામે, આપણે લ્યુમિનેસેન્સ મેળવીએ છીએ. વાસ્તવમાં, તે આ ઘટનાનું અવલોકન હતું જેણે ક્વોન્ટમ બિંદુઓના પ્રથમ અવલોકન તરીકે સેવા આપી હતી.હવે ડિસ્પ્લે વિશે
સંપૂર્ણ સુવિધાયુક્ત ડિસ્પ્લેનો ઈતિહાસ ફેબ્રુઆરી 2011માં શરૂ થયો, જ્યારે સેમસંગ ઈલેક્ટ્રોનિક્સે QLED ક્વોન્ટમ ડોટ્સ પર આધારિત સંપૂર્ણ રંગીન ડિસ્પ્લેનો વિકાસ રજૂ કર્યો. તે સક્રિય મેટ્રિક્સ દ્વારા નિયંત્રિત 4-ઇંચનું ડિસ્પ્લે હતું, એટલે કે. દરેક કલર ક્વોન્ટમ ડોટ પિક્સેલને પાતળા ફિલ્મ ટ્રાંઝિસ્ટર દ્વારા ચાલુ અને બંધ કરી શકાય છે.પ્રોટોટાઇપ બનાવવા માટે, સિલિકોન સર્કિટ બોર્ડ પર ક્વોન્ટમ ડોટ સોલ્યુશનનો એક સ્તર લાગુ કરવામાં આવે છે અને તેના પર દ્રાવક છાંટવામાં આવે છે. પછી કાંસકોની સપાટી સાથેના રબર સ્ટેમ્પને ક્વોન્ટમ બિંદુઓના સ્તરમાં દબાવવામાં આવે છે, તેને અલગ કરીને કાચ અથવા લવચીક પ્લાસ્ટિક પર સ્ટેમ્પ કરવામાં આવે છે. આ રીતે સબસ્ટ્રેટ પર ક્વોન્ટમ બિંદુઓની પટ્ટાઓ લાગુ કરવામાં આવે છે. કલર ડિસ્પ્લેમાં, દરેક પિક્સેલમાં લાલ, લીલો અથવા વાદળી સબપિક્સેલ હોય છે. તદનુસાર, શક્ય તેટલા શેડ્સ મેળવવા માટે આ રંગોનો ઉપયોગ વિવિધ તીવ્રતા સાથે કરવામાં આવે છે.
વિકાસનું આગલું પગલું એ બેંગ્લોરની ભારતીય વિજ્ઞાન સંસ્થાના વૈજ્ઞાનિકો દ્વારા એક લેખનું પ્રકાશન હતું. જ્યાં ક્વોન્ટમ બિંદુઓનું વર્ણન કરવામાં આવ્યું હતું કે માત્ર નારંગીમાં જ નહીં, પણ ઘેરા લીલાથી લાલ સુધીની શ્રેણીમાં પણ લ્યુમિનેસેસ થાય છે.
એલસીડી શા માટે ખરાબ છે?
QLED ડિસ્પ્લે અને LCD વચ્ચેનો મુખ્ય તફાવત એ છે કે બાદમાં માત્ર 20-30% રંગ શ્રેણીને આવરી લે છે. ઉપરાંત, QLED ટીવીમાં લાઇટ ફિલ્ટર્સવાળા સ્તરનો ઉપયોગ કરવાની જરૂર નથી, કારણ કે ક્રિસ્ટલ્સ, જ્યારે તેમના પર વોલ્ટેજ લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે હંમેશા સ્પષ્ટ રીતે વ્યાખ્યાયિત તરંગલંબાઇ સાથે પ્રકાશ ફેંકે છે અને પરિણામે, સમાન રંગ મૂલ્ય સાથે.
ચીનમાં ક્વોન્ટમ ડોટ્સ પર આધારિત કમ્પ્યુટર ડિસ્પ્લેના વેચાણ અંગેના સમાચાર પણ હતા. કમનસીબે, મને ટીવીની જેમ મારી પોતાની આંખોથી તપાસવાની તક મળી નથી.
પી.એસ.એ નોંધવું યોગ્ય છે કે ક્વોન્ટમ ડોટ્સના ઉપયોગનો અવકાશ માત્ર એલઇડી મોનિટર પૂરતો મર્યાદિત નથી, તેનો ઉપયોગ ફિલ્ડ-ઇફેક્ટ ટ્રાન્ઝિસ્ટર, ફોટોસેલ્સ, લેસર ડાયોડ અને દવા અને ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગમાં કરી શકાય છે. પણ અભ્યાસ કરવામાં આવી રહ્યો છે.
P.P.S.જો આપણે મારા અંગત અભિપ્રાય વિશે વાત કરીએ, તો હું માનું છું કે તેઓ આગામી દસ વર્ષ સુધી લોકપ્રિય નહીં થાય, એટલા માટે નહીં કે તેઓ ઓછા જાણીતા છે, પરંતુ કારણ કે આ ડિસ્પ્લેની કિંમતો આસમાને છે, પરંતુ હું હજી પણ આશા રાખવા માંગુ છું કે તે ક્વોન્ટમ પોઈન્ટનો ઉપયોગ દવામાં થશે અને તેનો ઉપયોગ માત્ર નફો વધારવા માટે જ નહીં, પણ સારા હેતુઓ માટે પણ થશે.
20મી સદીના ઉત્તરાર્ધમાં દેખાતી અસંખ્ય સ્પેક્ટ્રોસ્કોપિક પદ્ધતિઓ - ઇલેક્ટ્રોન અને અણુ બળ માઇક્રોસ્કોપી, ન્યુક્લિયર મેગ્નેટિક રેઝોનન્સ સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી, માસ સ્પેક્ટ્રોમેટ્રી - એવું લાગે છે કે પરંપરાગત ઓપ્ટિકલ માઇક્રોસ્કોપી લાંબા સમય પહેલા "નિવૃત્ત" થઈ ગઈ હતી. જો કે, ફ્લોરોસેન્સ ઘટનાના કુશળ ઉપયોગે એક કરતા વધુ વખત "નિવૃત્ત"નું જીવન વધાર્યું. આ લેખ વિશે વાત કરશે ક્વોન્ટમ બિંદુઓ(ફ્લોરોસન્ટ સેમિકન્ડક્ટર નેનોક્રિસ્ટલ્સ), જેણે ઓપ્ટિકલ માઈક્રોસ્કોપીમાં નવી તાકાતનો શ્વાસ લીધો હતો અને કુખ્યાત વિવર્તન મર્યાદાની બહાર જોવાનું શક્ય બનાવ્યું હતું. ક્વોન્ટમ બિંદુઓના અનન્ય ભૌતિક ગુણધર્મો તેમને જૈવિક પદાર્થોના અતિસંવેદનશીલ મલ્ટીકલર રેકોર્ડિંગ માટે તેમજ તબીબી નિદાન માટે એક આદર્શ સાધન બનાવે છે.
આ કાર્ય ભૌતિક સિદ્ધાંતોની સમજ પ્રદાન કરે છે જે ક્વોન્ટમ બિંદુઓના અનન્ય ગુણધર્મોને નિર્ધારિત કરે છે, નેનોક્રિસ્ટલ્સના ઉપયોગ માટેના મુખ્ય વિચારો અને સંભાવનાઓ અને જીવવિજ્ઞાન અને દવામાં તેમના ઉપયોગની પહેલાથી પ્રાપ્ત કરેલી સફળતાઓનું વર્ણન કરે છે. આ લેખ તાજેતરના વર્ષોમાં બાયોઓર્ગેનિક રસાયણશાસ્ત્રની સંસ્થાની લેબોરેટરી ઑફ મોલેક્યુલર બાયોફિઝિક્સમાં હાથ ધરાયેલા સંશોધનના પરિણામો પર આધારિત છે. એમએમ. શેમ્યાકિન અને યુ.એ. ઓવચિન્નિકોવ યુનિવર્સિટી ઓફ રીમ્સ અને બેલારુસિયન સ્ટેટ યુનિવર્સિટી સાથે મળીને, કેન્સર અને સ્વયંપ્રતિરક્ષા રોગો સહિતના ક્લિનિકલ ડાયગ્નોસ્ટિક્સના વિવિધ ક્ષેત્રો માટે બાયોમાર્કર ટેક્નોલોજીની નવી પેઢી વિકસાવવા તેમજ ઘણા બાયોમેડિકલના એક સાથે રેકોર્ડિંગ માટે નવા પ્રકારના નેનોસેન્સર્સ બનાવવાનો હેતુ ધરાવે છે. પરિમાણો કૃતિનું મૂળ સંસ્કરણ નેચરમાં પ્રકાશિત થયું હતું; અમુક અંશે, લેખ IBCh RAS ના યુવા વૈજ્ઞાનિકોની કાઉન્સિલના બીજા સેમિનાર પર આધારિત છે.. - એડ.
ભાગ I, સૈદ્ધાંતિક
આકૃતિ 1. નેનોક્રિસ્ટલ્સમાં અલગ ઊર્જા સ્તર."સોલિડ" સેમિકન્ડક્ટર ( બાકી) પાસે વેલેન્સ બેન્ડ અને બેન્ડ ગેપ દ્વારા અલગ થયેલ વહન બેન્ડ છે ઇ જી. સેમિકન્ડક્ટર નેનોક્રિસ્ટલ ( અધિકાર) એક અણુના ઉર્જા સ્તરોની જેમ જ અલગ ઊર્જા સ્તરો દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે. નેનોક્રિસ્ટલમાં ઇ જીકદનું કાર્ય છે: નેનોક્રિસ્ટલના કદમાં વધારો ઘટાડો તરફ દોરી જાય છે ઇ જી.
કણોનું કદ ઘટાડવું એ સામગ્રીના ખૂબ જ અસામાન્ય ગુણધર્મોના અભિવ્યક્તિ તરફ દોરી જાય છે જેમાંથી તે બનાવવામાં આવે છે. આનું કારણ ક્વોન્ટમ યાંત્રિક અસરો છે જે ઊભી થાય છે જ્યારે ચાર્જ કેરિયર્સની હિલચાલ અવકાશી રીતે મર્યાદિત હોય છે: આ કિસ્સામાં વાહકોની ઊર્જા અલગ બની જાય છે. અને ઉર્જા સ્તરોની સંખ્યા, જેમ કે ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ શીખવે છે, "સંભવિત કૂવા" ના કદ પર, સંભવિત અવરોધની ઊંચાઈ અને ચાર્જ કેરિયરના સમૂહ પર આધાર રાખે છે. "કુવા" ના કદમાં વધારો થવાથી ઉર્જા સ્તરોની સંખ્યામાં વધારો થાય છે, જે એકબીજાની વધુને વધુ નજીક બને છે જ્યાં સુધી તેઓ મર્જ ન થાય અને ઉર્જા સ્પેક્ટ્રમ "નક્કર" બને (ફિગ. 1). ચાર્જ કેરિયર્સની હિલચાલ એક કોઓર્ડિનેટ (ક્વોન્ટમ ફિલ્મોની રચના), બે કોઓર્ડિનેટ્સ (ક્વોન્ટમ વાયર અથવા થ્રેડો) સાથે અથવા ત્રણેય દિશામાં મર્યાદિત હોઈ શકે છે - આ હશે ક્વોન્ટમ બિંદુઓ(સીટી).
સેમિકન્ડક્ટર નેનોક્રિસ્ટલ્સ એ મોલેક્યુલર ક્લસ્ટરો અને "સોલિડ" સામગ્રી વચ્ચેની મધ્યવર્તી રચનાઓ છે. મોલેક્યુલર, નેનોક્રિસ્ટલાઇન અને નક્કર સામગ્રી વચ્ચેની સીમાઓ સ્પષ્ટ રીતે વ્યાખ્યાયિત નથી; જો કે, કણ દીઠ 100 ÷ 10,000 અણુઓની શ્રેણીને નેનોક્રિસ્ટલ્સની "ઉપલી મર્યાદા" તરીકે કામચલાઉ રીતે ગણી શકાય. ઉપલી મર્યાદા એ કદને અનુરૂપ છે જેના માટે ઊર્જા સ્તરો વચ્ચેનું અંતરાલ થર્મલ સ્પંદનોની ઊર્જા કરતાં વધી જાય છે kT (k- બોલ્ટ્ઝમેન સતત, ટી- તાપમાન) જ્યારે ચાર્જ કેરિયર્સ મોબાઈલ બની જાય છે.
"સતત" સેમિકન્ડક્ટર્સમાં ઇલેક્ટ્રોનિક ઉત્તેજિત પ્રદેશો માટે કુદરતી લંબાઈનો સ્કેલ બોહર એક્સિટન ત્રિજ્યા દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે. a x, જે ઈલેક્ટ્રોન ( ઇ) અને છિદ્ર (h). તીવ્રતાના ક્રમના નેનોક્રિસ્ટલ્સમાં a x પોતે માપદંપતીની ગોઠવણીને પ્રભાવિત કરવાનું શરૂ કરે છે e–hઅને તેથી એક્સિટનનું કદ. તે તારણ આપે છે કે આ કિસ્સામાં, ઇલેક્ટ્રોનિક ઊર્જા સીધી નેનોક્રિસ્ટલના કદ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે - આ ઘટનાને "ક્વોન્ટમ કેદ અસર" તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. આ અસરનો ઉપયોગ કરીને, નેનોક્રિસ્ટલના બેન્ડ ગેપને નિયંત્રિત કરવું શક્ય છે ( ઇ જી), ફક્ત કણોનું કદ બદલીને (કોષ્ટક 1).
ક્વોન્ટમ બિંદુઓના અનન્ય ગુણધર્મો
ભૌતિક પદાર્થ તરીકે, ક્વોન્ટમ બિંદુઓ ઘણા લાંબા સમયથી જાણીતા છે, જે આજે સઘન રીતે વિકસિત થઈ રહેલા સ્વરૂપોમાંનું એક છે. હેટરોસ્ટ્રક્ચર્સ. કોલોઇડલ નેનોક્રિસ્ટલ્સના રૂપમાં ક્વોન્ટમ ડોટ્સની ખાસિયત એ છે કે દરેક ટપકું દ્રાવકમાં સ્થિત એક અલગ અને મોબાઇલ ઑબ્જેક્ટ છે. આવા નેનોક્રિસ્ટલ્સનો ઉપયોગ વિવિધ એસોસિએટ્સ, હાઇબ્રિડ, ઓર્ડર્ડ લેયર્સ વગેરેના નિર્માણ માટે થઈ શકે છે, જેના આધારે ઇલેક્ટ્રોનિક અને ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોના ઘટકો, દ્રવ્યના માઇક્રોવોલ્યુમ્સમાં વિશ્લેષણ માટે પ્રોબ્સ અને સેન્સર્સ, વિવિધ ફ્લોરોસન્ટ, કેમિલ્યુમિનેસન્ટ અને ફોટોઇલેક્ટ્રોકેમિકલ નેનોસ્ટ્રક્ચરનું નિર્માણ કરવામાં આવે છે. .
વિજ્ઞાન અને ટેકનોલોજીના વિવિધ ક્ષેત્રોમાં સેમિકન્ડક્ટર નેનોક્રિસ્ટલ્સના ઝડપી પ્રવેશનું કારણ તેમની વિશિષ્ટ ઓપ્ટિકલ લાક્ષણિકતાઓ છે:
- સાંકડી સપ્રમાણ ફ્લોરોસેન્સ પીક (ઓર્ગેનિક રંગોથી વિપરીત, જે લાંબી-તરંગ "પૂંછડી" ની હાજરી દ્વારા દર્શાવવામાં આવે છે; ફિગ. 2, બાકી), જેની સ્થિતિ નેનોક્રિસ્ટલ કદ અને તેની રચનાની પસંદગી દ્વારા નિયંત્રિત થાય છે (ફિગ. 3);
- વિશાળ ઉત્તેજના બેન્ડ, જે એક રેડિયેશન સ્ત્રોત સાથે વિવિધ રંગોના નેનોક્રિસ્ટલ્સને ઉત્તેજિત કરવાનું શક્ય બનાવે છે (ફિગ. 2, બાકી). મલ્ટીકલર કોડિંગ સિસ્ટમ બનાવતી વખતે આ ફાયદો મૂળભૂત છે;
- ઉચ્ચ ફ્લોરોસેન્સ બ્રાઇટનેસ, ઉચ્ચ લુપ્તતા મૂલ્ય અને ઉચ્ચ ક્વોન્ટમ ઉપજ દ્વારા નિર્ધારિત (CdSe/ZnS નેનોક્રિસ્ટલ્સ માટે - 70% સુધી);
- અનન્ય રીતે ઉચ્ચ ફોટોસ્ટેબિલિટી (ફિગ. 2, અધિકાર), જે ઉચ્ચ શક્તિ ઉત્તેજના સ્ત્રોતોનો ઉપયોગ કરવાની મંજૂરી આપે છે.
આકૃતિ 2. કેડમિયમ-સેલેનિયમ (CdSe) ક્વોન્ટમ બિંદુઓના સ્પેક્ટ્રલ ગુણધર્મો. ડાબે:વિવિધ રંગોના નેનોક્રિસ્ટલ્સ એક સ્ત્રોત દ્વારા ઉત્તેજિત થઈ શકે છે (તીર 488 એનએમની તરંગલંબાઇ સાથે આર્ગોન લેસર સાથે ઉત્તેજના સૂચવે છે). ઇનસેટ વિવિધ કદના CdSe/ZnS નેનોક્રિસ્ટલ્સનું ફ્લોરોસેન્સ દર્શાવે છે (અને, તે મુજબ, રંગો) એક પ્રકાશ સ્ત્રોત (યુવી લેમ્પ) દ્વારા ઉત્સાહિત છે. જમણે:અન્ય સામાન્ય રંગોની તુલનામાં ક્વોન્ટમ બિંદુઓ અત્યંત ફોટોસ્ટેબલ હોય છે, જે ફ્લોરોસેન્સ માઈક્રોસ્કોપમાં પારાના દીવાના બીમ હેઠળ ઝડપથી ક્ષીણ થઈ જાય છે.
આકૃતિ 3. વિવિધ સામગ્રીમાંથી બનાવેલ ક્વોન્ટમ બિંદુઓના ગુણધર્મો. ઉપર:વિવિધ સામગ્રીમાંથી બનાવેલ નેનોક્રિસ્ટલ્સની ફ્લોરોસેન્સ રેન્જ. નીચે:વિવિધ કદના CdSe ક્વોન્ટમ બિંદુઓ 460–660 nm ની સમગ્ર દૃશ્યમાન શ્રેણીને આવરી લે છે. નીચે જમણે:સ્થિર ક્વોન્ટમ ડોટનું ડાયાગ્રામ, જ્યાં "કોર" સેમિકન્ડક્ટર શેલ અને રક્ષણાત્મક પોલિમર સ્તર સાથે આવરી લેવામાં આવે છે.
ટેકનોલોજી પ્રાપ્ત
નેનોક્રિસ્ટલ્સનું સંશ્લેષણ ઉચ્ચ તાપમાન (300–350 °C) પર પ્રતિક્રિયા માધ્યમમાં પૂર્વવર્તી સંયોજનોના ઝડપી ઇન્જેક્શન દ્વારા અને અનુગામી પ્રમાણમાં ઓછા તાપમાન (250–300 °C) પર નેનોક્રિસ્ટલ્સની ધીમી વૃદ્ધિ દ્વારા હાથ ધરવામાં આવે છે. "ફોકસિંગ" સિન્થેસિસ મોડમાં, નાના કણોનો વિકાસ દર મોટા કણોના વિકાસ દર કરતા વધારે છે, પરિણામે નેનોક્રિસ્ટલ કદમાં ફેલાવો ઘટે છે.
નિયંત્રિત સંશ્લેષણ તકનીક નેનોક્રિસ્ટલ્સની એનિસોટ્રોપીનો ઉપયોગ કરીને નેનોપાર્ટિકલ્સના આકારને નિયંત્રિત કરવાનું શક્ય બનાવે છે. ચોક્કસ સામગ્રીનું લાક્ષણિક સ્ફટિક માળખું (ઉદાહરણ તરીકે, CdSe ષટ્કોણ પેકિંગ દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે - wurtzite, Fig. 3) "પસંદગીની" વૃદ્ધિ દિશાઓ મધ્યસ્થી કરે છે જે નેનોક્રિસ્ટલ્સનો આકાર નક્કી કરે છે. આ રીતે નેનોરોડ્સ અથવા ટેટ્રાપોડ્સ મેળવવામાં આવે છે - નેનોક્રિસ્ટલ્સ ચાર દિશામાં વિસ્તરેલ છે (ફિગ. 4).
આકૃતિ 4. CdSe નેનોક્રિસ્ટલ્સના વિવિધ આકારો. ડાબે: CdSe/ZnS ગોળાકાર નેનોક્રિસ્ટલ્સ (ક્વોન્ટમ બિંદુઓ); કેન્દ્રમાં:સળિયા આકારની (ક્વોન્ટમ સળિયા). જમણે:ટેટ્રાપોડ્સના સ્વરૂપમાં. (ટ્રાન્સમિશન ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપી. માર્ક - 20 એનએમ.)
વ્યવહારિક એપ્લિકેશનમાં અવરોધો
જૂથ II-VI સેમિકન્ડક્ટરમાંથી નેનોક્રિસ્ટલ્સના વ્યવહારિક ઉપયોગ પર સંખ્યાબંધ નિયંત્રણો છે. પ્રથમ, તેમની લ્યુમિનેસેન્સ ક્વોન્ટમ ઉપજ નોંધપાત્ર રીતે પર્યાવરણના ગુણધર્મો પર આધારિત છે. બીજું, જલીય દ્રાવણમાં નેનોક્રિસ્ટલ્સના "ન્યુક્લી" ની સ્થિરતા પણ ઓછી છે. સમસ્યા સપાટી "ખામીઓ" માં રહેલી છે જે બિન-રેડિએટીવ પુનઃસંયોજન કેન્દ્રોની ભૂમિકા ભજવે છે અથવા ઉત્સાહિત લોકો માટે "ફાંસ" ની ભૂમિકા ભજવે છે. e–hવરાળ
આ સમસ્યાઓને દૂર કરવા માટે, ક્વોન્ટમ બિંદુઓને શેલમાં બંધ કરવામાં આવે છે જેમાં વિશાળ-ગેપ સામગ્રીના અનેક સ્તરો હોય છે. આ તમને અલગ કરવાની મંજૂરી આપે છે e-hન્યુક્લિયસમાં જોડી, તેના જીવનકાળમાં વધારો, બિન-કિરણોત્સર્ગી પુનઃસંયોજન ઘટાડે છે, અને તેથી ફ્લોરોસેન્સ અને ફોટોસ્ટેબિલિટીની ક્વોન્ટમ ઉપજમાં વધારો કરે છે.
આ સંદર્ભે, આજની તારીખમાં, સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતા ફ્લોરોસન્ટ નેનોક્રિસ્ટલ્સમાં કોર/શેલ માળખું છે (ફિગ. 3). CdSe/ZnS નેનોક્રિસ્ટલ્સના સંશ્લેષણ માટે વિકસિત પ્રક્રિયાઓ 90% ની ક્વોન્ટમ ઉપજ પ્રાપ્ત કરવાનું શક્ય બનાવે છે, જે શ્રેષ્ઠ કાર્બનિક ફ્લોરોસન્ટ રંગોની નજીક છે.
ભાગ II: કોલોઇડલ નેનોક્રિસ્ટલ્સના સ્વરૂપમાં ક્વોન્ટમ બિંદુઓની એપ્લિકેશન
દવા અને જીવવિજ્ઞાનમાં ફ્લોરોફોર્સ
QDs ના અનન્ય ગુણધર્મો જૈવિક પદાર્થોને લેબલિંગ અને વિઝ્યુઅલાઈઝ કરવા માટે લગભગ તમામ સિસ્ટમોમાં તેનો ઉપયોગ કરવાનું શક્ય બનાવે છે (માત્ર ફ્લોરોસન્ટ ઇન્ટ્રાસેલ્યુલર લેબલ્સને બાદ કરતાં, આનુવંશિક રીતે વ્યક્ત - જાણીતા ફ્લોરોસન્ટ પ્રોટીન).
જૈવિક પદાર્થો અથવા પ્રક્રિયાઓની કલ્પના કરવા માટે, QD ને ઑબ્જેક્ટમાં સીધા અથવા "સીવેલું" ઓળખાણ પરમાણુઓ (સામાન્ય રીતે એન્ટિબોડીઝ અથવા ઓલિગોન્યુક્લિયોટાઇડ્સ) સાથે દાખલ કરી શકાય છે. નેનોક્રિસ્ટલ્સ તેમના ગુણધર્મો અનુસાર સમગ્ર ઑબ્જેક્ટમાં પ્રવેશ કરે છે અને વિતરિત થાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, વિવિધ કદના નેનોક્રિસ્ટલ્સ વિવિધ રીતે જૈવિક પટલમાં પ્રવેશ કરે છે, અને કારણ કે કદ ફ્લોરોસેન્સનો રંગ નક્કી કરે છે, તેથી ઑબ્જેક્ટના વિવિધ વિસ્તારો પણ અલગ રીતે રંગીન હોય છે (ફિગ. 5). નેનોક્રિસ્ટલ્સની સપાટી પર માન્યતાના પરમાણુઓની હાજરી લક્ષ્યાંકિત બંધન માટે પરવાનગી આપે છે: ઇચ્છિત ઑબ્જેક્ટ (ઉદાહરણ તરીકે, ગાંઠ) આપેલ રંગથી દોરવામાં આવે છે!
આકૃતિ 5. રંગીન વસ્તુઓ. ડાબે:માનવ ફેગોસાઇટ THP-1 કોષોમાં સેલ્યુલર સાયટોસ્કેલેટન અને ન્યુક્લિયસના માઇક્રોસ્ટ્રક્ચરની પૃષ્ઠભૂમિ સામે ક્વોન્ટમ બિંદુઓના વિતરણની મલ્ટીકલર કોન્ફોકલ ફ્લોરોસન્ટ છબી. નેનોક્રિસ્ટલ્સ ઓછામાં ઓછા 24 કલાક સુધી કોષોમાં ફોટોસ્ટેબલ રહે છે અને કોષની રચના અને કાર્યમાં વિક્ષેપ પેદા કરતા નથી. જમણે:ગાંઠ વિસ્તારમાં RGD પેપ્ટાઈડ સાથે "ક્રોસ-લિંક્ડ" નેનોક્રિસ્ટલ્સનું સંચય (તીર). જમણી બાજુએ નિયંત્રણ છે, પેપ્ટાઇડ વિનાના નેનોક્રિસ્ટલ્સ રજૂ કરવામાં આવ્યા હતા (CdTe નેનોક્રિસ્ટલ્સ, 705 nm).
સ્પેક્ટ્રલ કોડિંગ અને "લિક્વિડ માઇક્રોચિપ્સ"
પહેલેથી જ સૂચવ્યા મુજબ, નેનોક્રિસ્ટલ્સનું ફ્લોરોસેન્સ શિખર સાંકડું અને સપ્રમાણ છે, જે વિવિધ રંગોના નેનોક્રિસ્ટલ્સ (દૃશ્યમાન શ્રેણીમાં દસ રંગો સુધી) ના ફ્લોરોસેન્સ સિગ્નલને વિશ્વસનીય રીતે અલગ કરવાનું શક્ય બનાવે છે. તેનાથી વિપરિત, નેનોક્રિસ્ટલ્સનું શોષણ બેન્ડ વિશાળ છે, એટલે કે, તમામ રંગોના નેનોક્રિસ્ટલ્સ એક પ્રકાશ સ્ત્રોત દ્વારા ઉત્તેજિત થઈ શકે છે. આ ગુણધર્મો, તેમજ તેમની ઉચ્ચ ફોટોસ્ટેબિલિટી, ક્વોન્ટમ બિંદુઓને ઑબ્જેક્ટના મલ્ટીકલર સ્પેક્ટ્રલ કોડિંગ માટે આદર્શ ફ્લોરોફોર્સ બનાવે છે - બાર કોડની જેમ, પરંતુ મલ્ટીકલર અને "અદ્રશ્ય" કોડ્સનો ઉપયોગ કરીને જે ઇન્ફ્રારેડ પ્રદેશમાં ફ્લોરોસેસ થાય છે.
હાલમાં, "લિક્વિડ માઈક્રોચિપ્સ" શબ્દનો વધુને વધુ ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, જે ક્લાસિક ફ્લેટ ચિપ્સની જેમ, જ્યાં તપાસ તત્વો પ્લેનમાં સ્થિત હોય છે, નમૂનાના માઇક્રોવોલ્યુમ્સનો ઉપયોગ કરીને એકસાથે ઘણા પરિમાણોનું વિશ્લેષણ કરવા માટે પરવાનગી આપે છે. પ્રવાહી માઇક્રોચિપ્સનો ઉપયોગ કરીને સ્પેક્ટ્રલ કોડિંગનો સિદ્ધાંત આકૃતિ 6 માં દર્શાવવામાં આવ્યો છે. દરેક માઇક્રોચિપ તત્વમાં ચોક્કસ રંગોના QD ની ચોક્કસ માત્રા હોય છે, અને એન્કોડેડ વિકલ્પોની સંખ્યા ઘણી મોટી હોઇ શકે છે!
આકૃતિ 6. સ્પેક્ટ્રલ કોડિંગ સિદ્ધાંત. ડાબે:"નિયમિત" ફ્લેટ માઇક્રોચિપ. જમણે:“લિક્વિડ માઇક્રોચિપ”, જેમાંના દરેક તત્વમાં ચોક્કસ રંગોના QD ની ચોક્કસ માત્રા હોય છે. મુ nફ્લોરોસેન્સ તીવ્રતા સ્તર અને mરંગો, એન્કોડેડ વિકલ્પોની સૈદ્ધાંતિક સંખ્યા છે n m−1. તેથી, 5-6 રંગો અને 6 તીવ્રતા સ્તરો માટે, આ 10,000–40,000 વિકલ્પો હશે.
આવા એન્કોડેડ માઇક્રોએલિમેન્ટ્સનો ઉપયોગ કોઈપણ ઑબ્જેક્ટના ડાયરેક્ટ ટેગિંગ માટે થઈ શકે છે (ઉદાહરણ તરીકે, સિક્યોરિટીઝ). જ્યારે પોલિમર મેટ્રિસીસમાં એમ્બેડ કરવામાં આવે છે, ત્યારે તે અત્યંત સ્થિર અને ટકાઉ હોય છે. એપ્લિકેશનનું બીજું પાસું પ્રારંભિક નિદાન પદ્ધતિઓના વિકાસમાં જૈવિક પદાર્થોની ઓળખ છે. સંકેત અને ઓળખ પદ્ધતિ એ છે કે માઇક્રોચિપના દરેક સ્પેક્ટ્રલી એન્કોડેડ તત્વ સાથે ચોક્કસ ઓળખ પરમાણુ જોડાયેલ છે. સોલ્યુશનમાં બીજું ઓળખાણ પરમાણુ છે, જેના માટે સિગ્નલ ફ્લોરોફોર "સીવેલું" છે. માઇક્રોચિપ ફ્લોરોસેન્સ અને સિગ્નલ ફ્લોરોફોરનો એક સાથે દેખાવ એ વિશ્લેષણ કરેલ મિશ્રણમાં અભ્યાસ કરેલ ઑબ્જેક્ટની હાજરી સૂચવે છે.
ફ્લો સાયટોમેટ્રીનો ઉપયોગ એન્કોડેડ માઇક્રોપાર્ટિકલ્સનું ઓન લાઇન વિશ્લેષણ કરવા માટે કરી શકાય છે. માઇક્રોપાર્ટિકલ્સ ધરાવતું સોલ્યુશન લેસર-ઇરેડિયેટેડ ચેનલમાંથી પસાર થાય છે, જ્યાં દરેક કણ સ્પેક્ટ્રલ રીતે દર્શાવવામાં આવે છે. ઇન્સ્ટ્રુમેન્ટનું સોફ્ટવેર તમને નમૂનામાં ચોક્કસ સંયોજનોના દેખાવ સાથે સંકળાયેલી ઘટનાઓને ઓળખવા અને લાક્ષણિકતા આપવા માટે પરવાનગી આપે છે - ઉદાહરણ તરીકે, કેન્સર અથવા સ્વયંપ્રતિરક્ષા રોગોના માર્કર્સ.
ભવિષ્યમાં, એકસાથે મોટી સંખ્યામાં ઑબ્જેક્ટ રેકોર્ડ કરવા માટે સેમિકન્ડક્ટર ફ્લોરોસન્ટ નેનોક્રિસ્ટલ્સ પર આધારિત માઇક્રોએનાલાઇઝર બનાવી શકાય છે.
મોલેક્યુલર સેન્સર્સ
પ્રોબ તરીકે QD નો ઉપયોગ સ્થાનિક વિસ્તારોમાં પર્યાવરણીય પરિમાણોને માપવાનું શક્ય બનાવે છે, જેનું કદ ચકાસણીના કદ (નેનોમીટર સ્કેલ) સાથે તુલનાત્મક છે. આવા માપન સાધનોનું સંચાલન નોન-રેડિએટીવ રેઝોનન્ટ એનર્જી ટ્રાન્સફર (ફોર્સ્ટર રેઝોનન્ટ એનર્જી ટ્રાન્સફર - FRET) ની ફોરસ્ટર અસરના ઉપયોગ પર આધારિત છે. FRET અસરનો સાર એ છે કે જ્યારે બે વસ્તુઓ (દાતા અને સ્વીકારનાર) નજીક આવે છે અને ઓવરલેપ થાય છે ફ્લોરોસેન્સ સ્પેક્ટ્રમપ્રથમ થી શોષણ સ્પેક્ટ્રમબીજું, ઊર્જા બિન-રેડિએટીવ રીતે સ્થાનાંતરિત થાય છે - અને જો સ્વીકારનાર ફ્લોરોસેસ કરી શકે છે, તો તે બમણી તીવ્રતા સાથે ચમકશે.
અમે લેખમાં FRET અસર વિશે પહેલેથી જ લખ્યું છે “ સ્પેક્ટ્રોસ્કોપિસ્ટ માટે ખીલા પર ફરતા ટેબલ પર રમાતી એક જુગારની રમત » .
ક્વોન્ટમ બિંદુઓના ત્રણ પરિમાણો તેમને FRET-ફોર્મેટ સિસ્ટમ્સમાં ખૂબ જ આકર્ષક દાતા બનાવે છે.
- દાતાના ઉત્સર્જન સ્પેક્ટ્રા અને સ્વીકારનારની ઉત્તેજના વચ્ચે મહત્તમ ઓવરલેપ મેળવવા માટે ઉચ્ચ ચોકસાઈ સાથે ઉત્સર્જન તરંગલંબાઇ પસંદ કરવાની ક્ષમતા.
- એક જ પ્રકાશ સ્ત્રોતની સમાન તરંગલંબાઇ સાથે વિવિધ QD ને ઉત્તેજિત કરવાની ક્ષમતા.
- ઉત્સર્જન તરંગલંબાઇથી દૂર સ્પેક્ટ્રલ પ્રદેશમાં ઉત્તેજનાની શક્યતા (અંતર >100 એનએમ).
FRET અસરનો ઉપયોગ કરવા માટે બે વ્યૂહરચના છે:
- દાતા-સ્વીકાર પ્રણાલીમાં રચનાત્મક ફેરફારોને કારણે બે અણુઓની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના કાર્યની નોંધણી અને
- દાતા અથવા સ્વીકારનારના ઓપ્ટિકલ ગુણધર્મોમાં ફેરફારોની નોંધણી (ઉદાહરણ તરીકે, શોષણ સ્પેક્ટ્રમ).
આ અભિગમને કારણે નમૂનાના સ્થાનિક પ્રદેશમાં pH અને મેટલ આયનોની સાંદ્રતાને માપવા માટે નેનોસાઇઝ્ડ સેન્સર લાગુ કરવાનું શક્ય બન્યું. આવા સેન્સરમાં સંવેદનશીલ તત્વ એ સૂચક પરમાણુઓનું એક સ્તર છે જે શોધાયેલ આયન સાથે બંધાયેલા હોય ત્યારે ઓપ્ટિકલ ગુણધર્મોમાં ફેરફાર કરે છે. બાઇન્ડિંગના પરિણામે, QD ના ફ્લોરોસેન્સ સ્પેક્ટ્રા અને સૂચકના શોષણ સ્પેક્ટ્રા વચ્ચેનો ઓવરલેપ બદલાય છે, જે ઊર્જા ટ્રાન્સફરની કાર્યક્ષમતામાં પણ ફેરફાર કરે છે.
દાતા-સ્વીકાર પ્રણાલીમાં રચનાત્મક ફેરફારોનો ઉપયોગ કરવાનો અભિગમ નેનોસ્કેલ તાપમાન સેન્સરમાં લાગુ કરવામાં આવે છે. સેન્સરની ક્રિયા ક્વોન્ટમ ડોટ અને એક્સેપ્ટર - ફ્લોરોસેન્સ ક્વેન્ચરને જોડતા પોલિમર પરમાણુના આકારમાં તાપમાનમાં ફેરફાર પર આધારિત છે. જ્યારે તાપમાનમાં ફેરફાર થાય છે, ત્યારે ક્વેન્ચર અને ફ્લોરોફોર વચ્ચેનું અંતર અને ફ્લોરોસેન્સની તીવ્રતા, જેમાંથી તાપમાન વિશે પહેલેથી જ નિષ્કર્ષ કાઢવામાં આવે છે, બંને બદલાય છે.
મોલેક્યુલર ડાયગ્નોસ્ટિક્સ
દાતા અને સ્વીકારનાર વચ્ચેના બંધનનું તૂટવું અથવા રચના એ જ રીતે શોધી શકાય છે. આકૃતિ 7 "સેન્ડવીચ" નોંધણી સિદ્ધાંત દર્શાવે છે, જેમાં નોંધાયેલ ઑબ્જેક્ટ દાતા અને સ્વીકારનાર વચ્ચે કનેક્ટિંગ લિંક ("એડેપ્ટર") તરીકે કાર્ય કરે છે.
આકૃતિ 7. FRET ફોર્મેટનો ઉપયોગ કરીને નોંધણીનો સિદ્ધાંત.કન્જુગેટ ("લિક્વિડ માઈક્રોચિપ")-(રજિસ્ટર્ડ ઑબ્જેક્ટ)-(સિગ્નલ ફ્લોરોફોર) ની રચના દાતા (નેનોક્રિસ્ટલ)ને સ્વીકારનાર (એલેક્સાફ્લુર ડાઈ)ની નજીક લાવે છે. લેસર રેડિયેશન પોતે જ રંગના ફ્લોરોસેન્સને ઉત્તેજિત કરતું નથી; ફ્લોરોસન્ટ સિગ્નલ માત્ર CdSe/ZnS નેનોક્રિસ્ટલમાંથી રેઝોનન્ટ એનર્જી ટ્રાન્સફરને કારણે દેખાય છે. ડાબે:ઊર્જા સ્થાનાંતરણ સાથે જોડાણનું માળખું. જમણે:રંગ ઉત્તેજનાનું વર્ણપટ રેખાકૃતિ.
આ પદ્ધતિના અમલીકરણનું ઉદાહરણ એ સ્વયંપ્રતિરક્ષા રોગ માટે ડાયગ્નોસ્ટિક કીટની રચના છે પ્રણાલીગત સ્ક્લેરોડર્મા(સ્ક્લેરોડર્મા). અહીં, દાતા 590 nm ની ફ્લોરોસેન્સ તરંગલંબાઇ સાથે ક્વોન્ટમ બિંદુઓ હતા, અને સ્વીકારનાર એક કાર્બનિક રંગ હતો - AlexaFluor 633. એક એન્ટિજેનને ક્વોન્ટમ બિંદુઓ ધરાવતા માઇક્રોપાર્ટિકલની સપાટી પર ઓટોએન્ટિબોડી માટે "સીવેલું" હતું - સ્ક્લેરોમાનું માર્કર. રંગ સાથે લેબલવાળી ગૌણ એન્ટિબોડીઝ ઉકેલમાં દાખલ કરવામાં આવી હતી. લક્ષ્યની ગેરહાજરીમાં, રંગ માઇક્રોપાર્ટિકલની સપાટીની નજીક આવતો નથી, ત્યાં કોઈ ઊર્જા સ્થાનાંતરણ નથી અને રંગ ફ્લોરોસીસ થતો નથી. પરંતુ જો નમૂનામાં ઓટોએન્ટીબોડીઝ દેખાય છે, તો આ માઇક્રોપાર્ટિકલ-ઓટોએન્ટીબોડી-ડાઇ કોમ્પ્લેક્સની રચના તરફ દોરી જાય છે. ઊર્જા સ્થાનાંતરણના પરિણામે, રંગ ઉત્સાહિત છે, અને સ્પેક્ટ્રમમાં 633 એનએમની તરંગલંબાઇ સાથેનો ફ્લોરોસેન્સ સિગ્નલ દેખાય છે.
આ કાર્યનું મહત્વ એ પણ છે કે સ્વયંપ્રતિરક્ષા રોગોના વિકાસના ખૂબ જ પ્રારંભિક તબક્કામાં ઓટોએન્ટિબોડીઝનો ડાયગ્નોસ્ટિક માર્કર તરીકે ઉપયોગ કરી શકાય છે. "લિક્વિડ માઈક્રોચિપ્સ" એ ટેસ્ટ સિસ્ટમ બનાવવાનું શક્ય બનાવે છે જેમાં એન્ટિજેન્સ પ્લેન કરતાં વધુ કુદરતી સ્થિતિમાં સ્થિત હોય છે (જેમ કે "નિયમિત" માઇક્રોચિપ્સમાં). પહેલાથી જ પ્રાપ્ત થયેલા પરિણામો ક્વોન્ટમ ડોટ્સના ઉપયોગ પર આધારિત નવા પ્રકારના ક્લિનિકલ ડાયગ્નોસ્ટિક પરીક્ષણો બનાવવાનો માર્ગ મોકળો કરે છે. અને સ્પેક્ટ્રલી એન્કોડેડ લિક્વિડ માઇક્રોચિપ્સના ઉપયોગ પર આધારિત અભિગમોના અમલીકરણથી એકસાથે ઘણા માર્કર્સની સામગ્રીને એકસાથે નક્કી કરવાનું શક્ય બનશે, જે ડાયગ્નોસ્ટિક પરિણામોની વિશ્વસનીયતામાં નોંધપાત્ર વધારો અને પ્રારંભિક નિદાન પદ્ધતિઓના વિકાસ માટેનો આધાર છે. .
હાઇબ્રિડ મોલેક્યુલર ઉપકરણો
ક્વોન્ટમ બિંદુઓની સ્પેક્ટ્રલ લાક્ષણિકતાઓને લવચીક રીતે નિયંત્રિત કરવાની ક્ષમતા નેનોસ્કેલ સ્પેક્ટ્રલ ઉપકરણોનો માર્ગ ખોલે છે. ખાસ કરીને, કેડમિયમ-ટેલુરિયમ (CdTe) આધારિત QD એ સ્પેક્ટ્રલ સંવેદનશીલતાને વિસ્તૃત કરવાનું શક્ય બનાવ્યું છે. બેક્ટેરિયોહોડોપ્સિન(bP), પટલમાં પ્રોટોનને "પમ્પ" કરવા માટે પ્રકાશ ઊર્જાનો ઉપયોગ કરવાની ક્ષમતા માટે જાણીતું છે. (પરિણામિત ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ ગ્રેડિયન્ટનો ઉપયોગ બેક્ટેરિયા દ્વારા એટીપીનું સંશ્લેષણ કરવા માટે થાય છે.)
વાસ્તવમાં, એક નવી હાઇબ્રિડ સામગ્રી પ્રાપ્ત કરવામાં આવી છે: ક્વોન્ટમ બિંદુઓને જોડવું જાંબલી પટલ- એક લિપિડ મેમ્બ્રેન જેમાં ગીચતાથી ભરેલા બેક્ટેરિયોહોડોપ્સિન પરમાણુઓ હોય છે - સ્પેક્ટ્રમના યુવી અને વાદળી પ્રદેશોમાં પ્રકાશસંવેદનશીલતાની શ્રેણીને વિસ્તૃત કરે છે, જ્યાં "સામાન્ય" bP પ્રકાશને શોષતું નથી (ફિગ. 8). યુવી અને વાદળી પ્રદેશોમાં પ્રકાશને શોષી લેતા ક્વોન્ટમ ડોટમાંથી બેક્ટેરીયોહોડોપ્સિનમાં ઊર્જા ટ્રાન્સફર કરવાની પદ્ધતિ હજુ પણ સમાન છે: તે FRET છે; આ કિસ્સામાં રેડિયેશન સ્વીકારનાર છે રેટિના- એ જ રંગદ્રવ્ય જે ફોટોરિસેપ્ટર રોડોપ્સિનમાં કામ કરે છે.
આકૃતિ 8. ક્વોન્ટમ ડોટ્સનો ઉપયોગ કરીને બેક્ટેરિયોહોડોપ્સિનનું “અપગ્રેડ”. ડાબે:સીડીટી-આધારિત ક્વોન્ટમ બિંદુઓ સાથે બેક્ટેરિયોહોડોપ્સિન (ટ્રાઇમરના સ્વરૂપમાં) ધરાવતું પ્રોટીઓલિપોસોમ (નારંગી ગોળા તરીકે દર્શાવવામાં આવ્યું છે). અધિકાર: સીટીને કારણે બીઆરની સ્પેક્ટ્રલ સંવેદનશીલતાના વિસ્તરણ માટેની યોજના: સ્પેક્ટ્રમ પરનો પ્રદેશ ટેકઓવર QD સ્પેક્ટ્રમના યુવી અને વાદળી ભાગોમાં છે; સ્પેક્ટ્રમ ઉત્સર્જનનેનોક્રિસ્ટલનું કદ પસંદ કરીને "ટ્યુન" કરી શકાય છે. જો કે, આ સિસ્ટમમાં, ક્વોન્ટમ બિંદુઓ દ્વારા ઊર્જા ઉત્સર્જિત થતી નથી: ઊર્જા બિન-રેડિએટીવ રીતે બેક્ટેરિયોહોડોપ્સિનમાં સ્થળાંતર કરે છે, જે કામ કરે છે (લિપોસોમમાં H + આયનોને પમ્પ કરે છે).
પ્રોટીઓલિપોસોમ્સ (bP-QD હાઇબ્રિડ ધરાવતા લિપિડ "વેસિકલ્સ") જ્યારે પ્રકાશિત થાય છે ત્યારે આવા સામગ્રીના આધારે પ્રોટોન પંપ કરે છે, અસરકારક રીતે pH ઘટાડે છે (ફિગ. 8). આ દેખીતી રીતે નજીવી શોધ ભવિષ્યમાં ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રૉનિક અને ફોટોનિક ઉપકરણોનો આધાર બની શકે છે અને ઇલેક્ટ્રિક પાવર અને અન્ય પ્રકારના ફોટોઇલેક્ટ્રિક રૂપાંતરણના ક્ષેત્રમાં એપ્લિકેશન શોધી શકે છે.
સારાંશ માટે, તેના પર ભાર મૂકવો જોઈએ કે કોલોઇડલ નેનોક્રિસ્ટલ્સના સ્વરૂપમાં ક્વોન્ટમ બિંદુઓ નેનો-, બાયોનો- અને બાયોકોપર-નેનો ટેકનોલોજીના સૌથી આશાસ્પદ પદાર્થો છે. 1998 માં ફ્લોરોફોર્સ તરીકે ક્વોન્ટમ બિંદુઓની ક્ષમતાઓના પ્રથમ પ્રદર્શન પછી, નેનોક્રિસ્ટલ્સના ઉપયોગ માટે નવા મૂળ અભિગમોની રચના અને આ અનન્ય વસ્તુઓની સંભવિત ક્ષમતાઓની અનુભૂતિ સાથે સંકળાયેલા ઘણા વર્ષો સુધી મંદી હતી. પરંતુ તાજેતરના વર્ષોમાં, ત્યાં તીવ્ર વધારો થયો છે: વિચારોના સંચય અને તેમના અમલીકરણે જીવવિજ્ઞાન, દવા, ઇલેક્ટ્રોનિક એન્જિનિયરિંગ, સૌર ઊર્જામાં સેમિકન્ડક્ટર નેનોક્રિસ્ટલાઇન ક્વોન્ટમ બિંદુઓના ઉપયોગ પર આધારિત નવા ઉપકરણો અને સાધનોના નિર્માણમાં સફળતા નક્કી કરી છે. ટેકનોલોજી અને અન્ય ઘણા. અલબત્ત, આ માર્ગ પર હજુ પણ ઘણી વણઉકેલાયેલી સમસ્યાઓ છે, પરંતુ વધતી જતી રસ, આ સમસ્યાઓ પર કામ કરતી ટીમોની વધતી જતી સંખ્યા, આ ક્ષેત્રને સમર્પિત પ્રકાશનોની વધતી સંખ્યા, અમને આશા રાખવાની મંજૂરી આપે છે કે ક્વોન્ટમ બિંદુઓ આનો આધાર બનશે. સાધનો અને તકનીકોની આગામી પેઢી.
V.A.ના ભાષણનું વિડિયો રેકોર્ડિંગ ઓલેનીકોવા 17 મે, 2012 ના રોજ યોજાયેલ IBCh RAS ના યુવા વૈજ્ઞાનિકોની કાઉન્સિલના બીજા સેમિનારમાં.
સાહિત્ય
- ઓલેનિકોવ વી.એ. (2010). જીવવિજ્ઞાન અને દવામાં ક્વોન્ટમ બિંદુઓ. કુદરત. 3 , 22;
- ઓલેનિકોવ વી.એ., સુખનોવા એ.વી., નાબીવ આઈ.આર. (2007). જીવવિજ્ઞાન અને દવામાં ફ્લોરોસન્ટ સેમિકન્ડક્ટર નેનોક્રિસ્ટલ્સ. રશિયન નેનો ટેકનોલોજી. 2 , 160–173;
- એલોના સુખાનોવા, લીડી વેન્ટેઓ, જેરોમ ડેવી, મિખાઇલ આર્ટેમિયેવ, વ્લાદિમીર ઓલેનીકોવ, વગેરે. al.. (2002). પેરાફિન-એમ્બેડેડ પેશી વિભાગોના ઇમ્યુનોહિસ્ટોકેમિકલ વિશ્લેષણ માટે લેબલ્સના નવલકથા વર્ગ તરીકે અત્યંત સ્થિર ફ્લોરોસન્ટ નેનોક્રિસ્ટલ્સ. લેબ રોકાણ. 82 , 1259-1261;
- સી.બી. મુરે, ડી.જે. નોરિસ, એમ.જી. બાવેન્ડી. (1993). લગભગ મોનોડિસ્પર્સ CdE (E = સલ્ફર, સેલેનિયમ, ટેલુરિયમ) સેમિકન્ડક્ટર નેનોક્રિસ્ટાલાઇટ્સનું સંશ્લેષણ અને લાક્ષણિકતા. જે. એમ. રસાયણ. સોસી.. 115 , 8706-8715;
- માર્ગારેટ એ. હાઈન્સ, ફિલિપ ગાયોટ-સિયોનેસ્ટ. (1998). તેજસ્વી યુવી-બ્લુ લ્યુમિનેસન્ટ કોલોઇડલ ZnSe નેનોક્રિસ્ટલ્સ. જે. ફિઝ. રસાયણ. બી. 102 , 3655-3657;
- મન્ના એલ., શેર ઇ.સી., એલિવિસાટોસ પી.એ. (2002). કોલોઇડલ સેમિકન્ડક્ટર નેનોક્રિસ્ટલ્સનું આકાર નિયંત્રણ. જે. ક્લસ્ટ. વિજ્ઞાન 13 , 521–532;
- રસાયણશાસ્ત્રમાં ફ્લોરોસન્ટ નોબેલ પુરસ્કાર;
- ઇગોર નાબીવ, સિઓભાન મિશેલ, એન્થોની ડેવિસ, વોન વિલિયમ્સ, ડર્મોટ કેલેહર, વગેરે. al.. (2007). નોનફંક્શનલાઇઝ્ડ નેનોક્રિસ્ટલ્સ કોષની સક્રિય પરિવહન મશીનરીનો ઉપયોગ કરી શકે છે જે તેમને વિશિષ્ટ ન્યુક્લિયર અને સાયટોપ્લાઝમિક ભાગોમાં પહોંચાડે છે. નેનો લેટ.. 7 , 3452-3461;
- યવોન વિલિયમ્સ, એલોના સુખાનોવા, માગોર્ઝાટા નોવસ્તાવસ્કા, એન્થોની એમ. ડેવિસ, સિઓભાન મિશેલ, વગેરે. al.. (2009). કદ-ટ્યુન્ડ ક્વોન્ટમ ડોટ્સ નેનો-પીએચ મીટરનો ઉપયોગ કરીને સેલ-પ્રકાર-વિશિષ્ટ ઇન્ટ્રાસેલ્યુલર નેનોસ્કેલ અવરોધોની તપાસ કરવી;
- એલોના સુખાનોવા, આન્દ્રેઈ એસ. સુશા, અલ્પાન બેક, સેર્ગી માયલો, આન્દ્રે એલ. રોગચ, વગેરે. al.. (2007). પ્રોટીઓમિક્સ માટે નેનોક્રિસ્ટલ-એનકોડેડ ફ્લોરોસન્ટ માઇક્રોબીડ્સ: એન્ટિબોડી પ્રોફાઇલિંગ અને ઓટોઇમ્યુન રોગોનું નિદાન. નેનો લેટ.. 7 , 2322-2327;
- અલીકસાન્દ્રા રાકોવિચ, એલોના સુખાનોવા, નિકોલસ બૌચનોવિલે, એવજેની લુકાશેવ, વ્લાદિમીર ઓલેનીકોવ, એટ. al.. (2010). રેઝોનન્સ એનર્જી ટ્રાન્સફર પર્પલ મેમ્બ્રેન અને સેમિકન્ડક્ટર ક્વોન્ટમ ડોટ્સમાંથી બનેલ હાઇબ્રિડ મટિરિયલની અંદર બેક્ટેરિયોહોડોપ્સિનના જૈવિક કાર્યને સુધારે છે. નેનો લેટ.. 10 , 2640-2648;
, ક્વોન્ટમ બિંદુઓ
સેમિકન્ડક્ટર સ્ફટિકો ઘણા નેનોમીટર કદમાં, કોલોઇડલ પદ્ધતિ દ્વારા સંશ્લેષણ કરે છે. ક્વોન્ટમ બિંદુઓ કોરો અને કોર-શેલ હેટરોસ્ટ્રક્ચર બંને તરીકે ઉપલબ્ધ છે. તેમના નાના કદને લીધે, QDs પાસે બલ્ક સેમિકન્ડક્ટરથી અલગ ગુણધર્મો છે. ચાર્જ કેરિયર્સની હિલચાલનું અવકાશી પ્રતિબંધ ક્વોન્ટમ-કદની અસર તરફ દોરી જાય છે, જે ઇલેક્ટ્રોનિક સ્તરોની અલગ રચનામાં વ્યક્ત થાય છે, તેથી જ QD ને ક્યારેક "કૃત્રિમ અણુઓ" કહેવામાં આવે છે.
ક્વોન્ટમ બિંદુઓ, તેમના કદ અને રાસાયણિક રચનાના આધારે, દૃશ્યમાન અને નજીક-ઇન્ફ્રારેડ રેન્જમાં ફોટોલ્યુમિનેસેન્સ પ્રદર્શિત કરે છે. તેમની ઉચ્ચ કદની એકરૂપતાને કારણે (95% થી વધુ), સૂચિત નેનોક્રિસ્ટલ્સમાં સાંકડી ઉત્સર્જન સ્પેક્ટ્રા (ફ્લોરોસેન્સ પીક અડધી-પહોળાઈ 20-30 એનએમ) હોય છે, જે અસાધારણ રંગ શુદ્ધતાની ખાતરી કરે છે.
ક્વોન્ટમ બિંદુઓને બિન-ધ્રુવીય કાર્બનિક દ્રાવકો જેમ કે હેક્સેન, ટોલ્યુએન, ક્લોરોફોર્મ અથવા સૂકા પાવડર તરીકે પૂરા પાડી શકાય છે.
વધારાની માહિતી
ખાસ રસ એ ફોટોલ્યુમિનેસેન્ટ ક્વોન્ટમ બિંદુઓ છે, જેમાં ફોટોનનું શોષણ ઇલેક્ટ્રોન-હોલ જોડી બનાવે છે, અને ઇલેક્ટ્રોન અને છિદ્રોનું પુનઃસંયોજન ફ્લોરોસેન્સનું કારણ બને છે. આવા ક્વોન્ટમ બિંદુઓમાં સાંકડી અને સપ્રમાણતાવાળી ફ્લોરોસેન્સ ટોચ હોય છે, જેની સ્થિતિ તેમના કદ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે. આમ, તેમના કદ અને રચનાના આધારે, QD સ્પેક્ટ્રમના યુવી, દૃશ્યમાન અથવા IR પ્રદેશોમાં ફ્લોરોસેસ કરી શકે છે.
કેડમિયમ ચૅલ્કોજેનાઇડ્સ પર આધારિત ક્વોન્ટમ બિંદુઓ તેમના કદના આધારે વિવિધ રંગોમાં
ઉદાહરણ તરીકે, યુવી પ્રદેશમાં ZnS, CdS અને ZnSe QDs ફ્લોરોસેસ, દૃશ્યમાનમાં CdSe અને CdTe અને નજીકના-IR પ્રદેશમાં PbS, PbSe અને PbTe (700-3000 nm). વધુમાં, ઉપરોક્ત સંયોજનોમાંથી હેટરોસ્ટ્રક્ચર્સ બનાવવાનું શક્ય છે, જેનાં ઓપ્ટિકલ ગુણધર્મો મૂળ સંયોજનો કરતાં અલગ હોઈ શકે છે. સૌથી વધુ લોકપ્રિય એ છે કે સાંકડી-ગેપ સેમિકન્ડક્ટરમાંથી કોર પર વિશાળ-ગેપ સેમિકન્ડક્ટરનો શેલ ઉગાડવો, ઉદાહરણ તરીકે, ZnS શેલને CdSe કોર પર ઉગાડવામાં આવે છે:
ZnS (સ્ફાલેરાઇટ સ્ટ્રક્ચરલ પ્રકાર) ના એપિટેક્સિયલ શેલ સાથે કોટેડ CdSe કોર ધરાવતા ક્વોન્ટમ ડોટના બંધારણનું મોડેલ
આ ટેકનીક QD ની સ્થિરતામાં ઓક્સિડેશનમાં નોંધપાત્ર વધારો કરવાનું શક્ય બનાવે છે, તેમજ કોરની સપાટી પર ખામીઓની સંખ્યા ઘટાડીને ફ્લોરોસેન્સની ક્વોન્ટમ ઉપજમાં નોંધપાત્ર વધારો કરે છે. QDs ની વિશિષ્ટ મિલકત તરંગલંબાઇની વિશાળ શ્રેણીમાં સતત શોષણ સ્પેક્ટ્રમ (ફ્લોરોસેન્સ ઉત્તેજના) છે, જે QD ના કદ પર પણ આધાર રાખે છે. આ એક જ તરંગલંબાઇ પર એક સાથે વિવિધ ક્વોન્ટમ બિંદુઓને ઉત્તેજિત કરવાનું શક્ય બનાવે છે. વધુમાં, પરંપરાગત ફ્લોરોફોર્સની તુલનામાં QDsમાં વધુ તેજ અને વધુ સારી ફોટોસ્ટેબિલિટી હોય છે.
ક્વોન્ટમ ડોટ્સના આવા અનન્ય ઓપ્ટિકલ ગુણધર્મો ઓપ્ટિકલ સેન્સર્સ, ફ્લોરોસન્ટ માર્કર્સ, દવામાં ફોટોસેન્સિટાઇઝર્સ, તેમજ IR પ્રદેશમાં ફોટોડિટેક્ટરના ઉત્પાદન માટે, ઉચ્ચ-કાર્યક્ષમતાવાળા સૌર કોષો, સબમિનિએચર એલઇડી, સફેદ પ્રકાશ સ્ત્રોત તરીકે તેમના ઉપયોગ માટે વ્યાપક સંભાવનાઓ ખોલે છે. , સિંગલ-ઇલેક્ટ્રોન ટ્રાન્ઝિસ્ટર અને નોનલાઇનર-ઓપ્ટિકલ ઉપકરણો.
ક્વોન્ટમ બિંદુઓ મેળવવી
ક્વોન્ટમ બિંદુઓ બનાવવા માટે બે મુખ્ય પદ્ધતિઓ છે: કોલોઇડલ સંશ્લેષણ, "એક ફ્લાસ્કમાં" પુરોગામી મિશ્રણ દ્વારા હાથ ધરવામાં આવે છે, અને એપિટાક્સી, એટલે કે. સબસ્ટ્રેટની સપાટી પર સ્ફટિકોની લક્ષી વૃદ્ધિ.
પ્રથમ પદ્ધતિ (કોલોઇડલ સંશ્લેષણ) વિવિધ પ્રકારોમાં લાગુ કરવામાં આવે છે: ઉચ્ચ અથવા ઓરડાના તાપમાને, કાર્બનિક દ્રાવકોમાં અથવા જલીય દ્રાવણમાં નિષ્ક્રિય વાતાવરણમાં, ઓર્ગેનોમેટાલિક પુરોગામી સાથે અથવા વગર, પરમાણુ ક્લસ્ટરો સાથે અથવા વગર કે જે ન્યુક્લિએશનની સુવિધા આપે છે. ક્વોન્ટમ બિંદુઓ મેળવવા માટે, અમે ઉચ્ચ-તાપમાનના રાસાયણિક સંશ્લેષણનો ઉપયોગ કરીએ છીએ, જે નિષ્ક્રિય વાતાવરણમાં ઉચ્ચ-ઉકળતા કાર્બનિક દ્રાવકોમાં ઓગળેલા અ-ઓર્ગેનોમેટાલિક પૂર્વગામીઓને ગરમ કરીને કરવામાં આવે છે. આ ઉચ્ચ ફ્લોરોસેન્સ ક્વોન્ટમ ઉપજ સાથે સમાન કદના ક્વોન્ટમ બિંદુઓ મેળવવાનું શક્ય બનાવે છે.
કોલોઇડલ સંશ્લેષણના પરિણામે, નેનોક્રિસ્ટલ્સને શોષિત સર્ફેક્ટન્ટ પરમાણુઓના સ્તરથી આવરી લેવામાં આવે છે:
હાઇડ્રોફોબિક સપાટી સાથે કોર-શેલ કોલોઇડલ ક્વોન્ટમ ડોટનું યોજનાકીય ચિત્ર. સાંકડી-ગેપ સેમિકન્ડક્ટરનો કોર (ઉદાહરણ તરીકે, CdSe) નારંગી રંગમાં બતાવવામાં આવે છે, પહોળા-ગેપ સેમિકન્ડક્ટરનો શેલ (ઉદાહરણ તરીકે, ZnS) લાલ રંગમાં બતાવવામાં આવે છે, અને સર્ફેક્ટન્ટ પરમાણુઓના કાર્બનિક શેલ કાળા રંગમાં બતાવવામાં આવે છે.
હાઇડ્રોફોબિક ઓર્ગેનિક શેલ માટે આભાર, કોલોઇડલ ક્વોન્ટમ બિંદુઓને કોઈપણ બિન-ધ્રુવીય દ્રાવકોમાં અને, યોગ્ય ફેરફાર સાથે, પાણી અને આલ્કોહોલમાં ઓગાળી શકાય છે. કોલોઇડલ સિન્થેસિસનો બીજો ફાયદો એ છે કે પેટા-કિલોગ્રામ જથ્થામાં ક્વોન્ટમ બિંદુઓ મેળવવાની શક્યતા.
બીજી પદ્ધતિ (એપિટેક્સી) - અન્ય સામગ્રીની સપાટી પર નેનોસ્ટ્રક્ચર્સની રચના, સામાન્ય રીતે અનન્ય અને ખર્ચાળ સાધનોનો ઉપયોગ શામેલ હોય છે અને વધુમાં, મેટ્રિક્સ સાથે "બંધાયેલ" ક્વોન્ટમ બિંદુઓના ઉત્પાદન તરફ દોરી જાય છે. એપિટેક્સી પદ્ધતિ ઔદ્યોગિક સ્તર સુધી માપવામાં મુશ્કેલ છે, જે તેને ક્વોન્ટમ બિંદુઓના મોટા પાયે ઉત્પાદન માટે ઓછી આકર્ષક બનાવે છે.
ઉત્પાદન
વાયોલેટથી ઘેરા લાલ સુધી ધીમે ધીમે સ્ટેપિંગ રેડિયેશન સાથે ક્વોન્ટમ બિંદુઓ
ક્વોન્ટમ બિંદુઓ તૈયાર કરવાની ઘણી રીતો છે, જેમાં મુખ્ય કોલોઇડ્સ સામેલ છે.
કોલોઇડલ સંશ્લેષણ
- ક્વોન્ટમ બિંદુઓમાં એકાગ્રતા ઈલેક્ટ્રોસ્ટેટિક પોટેન્શિયલ (બાહ્ય ઈલેક્ટ્રોડ્સ, ડોપિંગ, વિરૂપતા અથવા અશુદ્ધિઓ દ્વારા પેદા થાય છે) માંથી પણ ઉદ્ભવી શકે છે.
- પૂરક મેટલ-ઓક્સાઇડ-સેમિકન્ડક્ટર (CMOS) તકનીકોનો ઉપયોગ સિલિકોન ક્વોન્ટમ બિંદુઓ બનાવવા માટે થઈ શકે છે. અલ્ટ્રા-સ્મોલ (L = 20 nm, W = 20 nm) CMOS ટ્રાન્ઝિસ્ટર જ્યારે -269 °C(4) થી આશરે -258°C(4) થી આશરે -258° સુધીના ક્રાયોજેનિક તાપમાને ચલાવવામાં આવે ત્યારે સિંગલ ઇલેક્ટ્રોનિક ક્વોન્ટમ ડોટ્સની જેમ વર્તે છે. સી. સી (15). ટ્રાન્ઝિસ્ટર એક પછી એક ઇલેક્ટ્રોનના પ્રગતિશીલ ચાર્જિંગને કારણે કુલોમ્બ નાકાબંધી દર્શાવે છે. ચેનલમાં રાખવામાં આવેલ ઈલેક્ટ્રોનની સંખ્યા ગેટ વોલ્ટેજ દ્વારા ચલાવવામાં આવે છે, જે શૂન્ય ઈલેક્ટ્રોનના વ્યવસાયથી શરૂ થાય છે અને તેને 1 અથવા ઘણા પર સેટ કરી શકાય છે.
વાયરલ એસેમ્બલી
23 જાન્યુઆરી, 2013ના રોજ, ડાઉએ ઇલેક્ટ્રોનિક ડિસ્પ્લે માટે કેડમિયમ ક્વોન્ટમ ડોટ્સના જથ્થાબંધ ઉત્પાદન માટે તેમની નીચા-તાપમાન મોલેક્યુલર સીડીંગ પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરવા માટે યુકે સ્થિત નેનોકો સાથે વિશિષ્ટ લાઇસન્સ કરાર કર્યો અને 24 સપ્ટેમ્બર, 2014ના રોજ, ડાઉએ ઉત્પાદનનું સંચાલન કરવાનું શરૂ કર્યું. દક્ષિણ કોરિયામાં સુવિધા "લાખો કેડમિયમથી ભરેલા ટીવી અને ટેબ્લેટ જેવા અન્ય ઉપકરણો" માટે પૂરતી માત્રામાં ક્વોન્ટમ બિંદુઓ ઉત્પન્ન કરવામાં સક્ષમ છે. મોટા પાયે ઉત્પાદન 2015ના મધ્યમાં શરૂ થવું જોઈએ. 24 માર્ચ, 2015ના રોજ, ડાઉએ ડિસ્પ્લેમાં કેડમિયમ-મુક્ત ક્વોન્ટમ ડોટ્સનો ઉપયોગ વિકસાવવા માટે LG ઇલેક્ટ્રોનિક્સ સાથે ભાગીદારીની જાહેરાત કરી.
હેવી મેટલ-ફ્રી ક્વોન્ટમ બિંદુઓ
વિશ્વના ઘણા પ્રદેશોમાં હવે ઘણા ઘરગથ્થુ ઉત્પાદનોમાં ભારે ધાતુઓના ઉપયોગ પર પ્રતિબંધ અથવા પ્રતિબંધ છે, જેનો અર્થ છે કે મોટાભાગના કેડમિયમ-ક્વોન્ટમ બિંદુઓ ગ્રાહક ઉત્પાદન એપ્લિકેશનો માટે અયોગ્ય છે.
વ્યાપારી સધ્ધરતા માટે, શ્રેણી-મર્યાદિત, હેવી મેટલ-ફ્રી ક્વોન્ટમ બિંદુઓ વિકસાવવામાં આવ્યા હતા જે સ્પેક્ટ્રમના દૃશ્યમાન અને નજીકના-ઇન્ફ્રારેડ વિસ્તારોમાં તેજસ્વી ઉત્સર્જન પ્રદર્શિત કરે છે અને CdSe ક્વોન્ટમ બિંદુઓના સમાન ઓપ્ટિકલ ગુણધર્મો ધરાવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, આ સિસ્ટમોમાં InP/ZnS અને CuInS/ZnS છે.
ક્વોન્ટમ ડોટ્સનું કદ ટ્યુનિંગ ઘણી સંભવિત એપ્લિકેશનો માટે આકર્ષક છે. ઉદાહરણ તરીકે, મોટા ક્વોન્ટમ બિંદુઓમાં નાના બિંદુઓની તુલનામાં લાલ તરફ વધુ સ્પેક્ટ્રલ શિફ્ટ હોય છે, અને ઓછા ઉચ્ચારણ ક્વોન્ટમ ગુણધર્મો દર્શાવે છે. બીજી બાજુ, નાના કણો વધુ સૂક્ષ્મ ક્વોન્ટમ અસરોનો ઉપયોગ કરવાની મંજૂરી આપે છે.
ફોર્સ્ટર રેઝોનન્સ એનર્જી ટ્રાન્સફરમાં બાયોલોજીમાં ક્વોન્ટમ ડોટ્સનો ઉપયોગ દાતા ફ્લોરોફોર્સ તરીકે થાય છે, જ્યાં આ ફ્લોરોફોર્સનો મોટો લુપ્તતા ગુણાંક અને સ્પેક્ટ્રલ શુદ્ધતા તેમને મોલેક્યુલર ફ્લોરોફોર્સ કરતાં શ્રેષ્ઠ બનાવે છે તે નોંધવું પણ યોગ્ય છે કે QDs ના વ્યાપક શોષણને મંજૂરી આપે છે QD દાતાઓની ઉત્તેજના અને FRET આધારિત સંશોધનમાં ડાઇ સ્વીકારનારની ન્યૂનતમ ઉત્તેજના. FRET મોડલની પ્રયોજ્યતા, જે ધારે છે કે ક્વોન્ટમ ડોટને પોઈન્ટ દ્વિધ્રુવ તરીકે અંદાજિત કરી શકાય છે, તે તાજેતરમાં દર્શાવવામાં આવ્યું છે.
વિવોમાં ટ્યુમર લક્ષ્યીકરણ માટે ક્વોન્ટમ બિંદુઓનો ઉપયોગ બે લક્ષ્યીકરણ યોજનાઓનો ઉપયોગ કરે છે: સક્રિય અને નિષ્ક્રિય લક્ષ્યીકરણ. સક્રિય લક્ષ્યીકરણના કિસ્સામાં, ટ્યુમર-વિશિષ્ટ બંધનકર્તા સાઇટ્સ સાથે ક્વોન્ટમ બિંદુઓ કાર્યાત્મક રીતે ટ્યુમર કોશિકાઓ સાથે જોડાય છે. નિષ્ક્રિય લક્ષ્યીકરણ ક્વોન્ટમ ડોટ પ્રોબ્સ પહોંચાડવા માટે ગાંઠ કોષોની વધેલી અભેદ્યતા અને રીટેન્શનનું શોષણ કરે છે. ઝડપથી વિકસતા ગાંઠના કોષો તંદુરસ્ત કોષો કરતાં વધુ પડદા સાથે બંધાયેલા હોય છે, જે કોષના શરીરમાં નાના નેનોપાર્ટિકલ્સના લીકેજને મંજૂરી આપે છે. વધુમાં, ગાંઠ કોશિકાઓમાં અસરકારક લસિકા ડ્રેનેજ સિસ્ટમ નથી, જે નેનોપાર્ટિકલ્સના અનુગામી સંચય તરફ દોરી જાય છે.
ક્વોન્ટમ ડોટ પ્રોબ્સ કુદરતી પરિસ્થિતિઓમાં ઝેરી અસર દર્શાવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, CdSe નેનોક્રિસ્ટલ્સ અલ્ટ્રાવાયોલેટ પ્રકાશ હેઠળ સંસ્કારી કોષો માટે અત્યંત ઝેરી છે કારણ કે કણો ઝેરી કેડમિયમ આયનોને સંસ્કૃતિ માધ્યમમાં મુક્ત કરવા માટે ફોટોલિસિસ તરીકે ઓળખાતી પ્રક્રિયામાં ઓગળી જાય છે. યુવી ઇરેડિયેશનની ગેરહાજરીમાં, જોકે, સ્થિર પોલિમર કોટિંગ સાથેના ક્વોન્ટમ બિંદુઓ અનિવાર્યપણે બિન-ઝેરી હોવાનું જણાયું છે. ક્વોન્ટમ બિંદુઓનું હાઇડ્રોજેલ એન્કેપ્સ્યુલેશન ક્વોન્ટમ બિંદુઓને સ્થિર જલીય દ્રાવણમાં દાખલ કરવાની મંજૂરી આપે છે, જે કેડમિયમ લિકેજની સંભાવનાને ઘટાડે છે.
અન્ય સંભવિત એપ્લિકેશનમાં, ફ્લોરોસેન્સ સ્પેક્ટ્રોસ્કોપીનો ઉપયોગ કરીને ગાંઠોની ઇન્ટ્રાઓપરેટિવ તપાસ માટે અકાર્બનિક ફ્લોરોફોર્સ તરીકે ક્વોન્ટમ બિંદુઓની શોધ કરવામાં આવી રહી છે.
કોષોના સાયટોપ્લાઝમમાં અકબંધ ક્વોન્ટમ બિંદુઓની ડિલિવરી હાલની પદ્ધતિઓમાં સમસ્યા છે. વેક્ટર-આધારિત પદ્ધતિઓ ક્વોન્ટમ બિંદુઓના એકત્રીકરણ અને એન્ડોસોમલ સિક્વેસ્ટ્રેશન તરફ દોરી જાય છે, જ્યારે ઇલેક્ટ્રોપોરેશન સેમિકન્ડક્ટર કણો અને સાયટોસોલમાં એકંદર-વિતરિત બિંદુઓને નુકસાન પહોંચાડે છે. સેલ એક્સટ્રુઝન દ્વારા, એકત્રીકરણ, એન્ડોસોમમાં લિન્ટ અથવા કોષની સદ્ધરતામાં નોંધપાત્ર નુકસાન કર્યા વિના ક્વોન્ટમ બિંદુઓનો અસરકારક રીતે ઉપયોગ કરી શકાય છે. વધુમાં, તેમણે બતાવ્યું કે આ અભિગમ દ્વારા વિતરિત વ્યક્તિગત ક્વોન્ટમ બિંદુઓ સેલ સાયટોસોલમાં શોધી શકાય છે, આમ સિંગલ-મોલેક્યુલ ટ્રેકિંગ અભ્યાસ માટે આ તકનીકની સંભવિતતા દર્શાવે છે.
ફોટોવોલ્ટેઇક ઉપકરણો
ટ્યુનેબલ શોષણ સ્પેક્ટ્રમ અને ક્વોન્ટમ બિંદુઓના ઉચ્ચ શોષણ ગુણાંક તેમને પ્રકાશ-આધારિત સફાઈ તકનીકો જેમ કે ફોટોવોલ્ટેઇક કોષો માટે આકર્ષક બનાવે છે. ક્વોન્ટમ બિંદુઓ કાર્યક્ષમતામાં સુધારો કરવામાં અને આજના લાક્ષણિક સિલિકોન ફોટોવોલ્ટેઇક કોષોની કિંમત ઘટાડવામાં સક્ષમ હોઈ શકે છે. 2004 ના પ્રાયોગિક પુરાવા મુજબ, લીડ સેલેનાઇડ ક્વોન્ટમ બિંદુઓ વાહક ગુણાકાર અથવા બહુવિધ એક્સિટોનિક જનરેશન (MEG) ની પ્રક્રિયા દ્વારા એક ઉચ્ચ-ઉર્જા ફોટોનમાંથી એક કરતાં વધુ એક્સિટન ઉત્પન્ન કરી શકે છે. આ આધુનિક ફોટોવોલ્ટેઇક કોષો સાથે સાનુકૂળ રીતે તુલના કરે છે, જે ઉચ્ચ-ઊર્જા ફોટોન દીઠ માત્ર એક જ એક્સિટન ચલાવી શકે છે, ઉચ્ચ ગતિ ઊર્જા વાહકો ગરમી તરીકે તેમની ઊર્જા ગુમાવે છે. ક્વોન્ટમ ડોટ ફોટોવોલ્ટેઇક્સનું ઉત્પાદન સૈદ્ધાંતિક રીતે સસ્તું હશે, કારણ કે તે "સાધારણ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓનો ઉપયોગ કરીને" બનાવી શકાય છે.
માત્ર ક્વોન્ટમ ડોટ સૌર કોષો
સિલિકોન નેનોવાયર્સ (SiNW) અને કાર્બન ક્વોન્ટમ ડોટ્સ પર ક્વોન્ટમ ડોટ કોટિંગ સાથે નેનોવાયર. પ્લેનર સિલિકોનને બદલે SiNWs નો ઉપયોગ કરવાથી Si ના એન્ટિફ્લેક્શન ગુણધર્મોમાં સુધારો થાય છે. SiNW માં પ્રકાશ ફસાવવાને કારણે SiNW પ્રકાશ-ટપાઈ અસર દર્શાવે છે. કાર્બન ક્વોન્ટમ ડોટ્સ સાથે જોડાઈને SiNWs નો આ ઉપયોગ સૌર કોષમાં પરિણમ્યો જેણે 9.10% PCE પ્રાપ્ત કર્યું.
ક્વોન્ટમ ડોટ ડિસ્પ્લે
ડિસ્પ્લે માટે ક્વોન્ટમ બિંદુઓનું મૂલ્યાંકન કરવામાં આવી રહ્યું છે કારણ કે તેઓ ખૂબ ચોક્કસ ગૌસિયન વિતરણોમાં પ્રકાશ ફેંકે છે. આ નોંધપાત્ર રીતે વધુ સચોટ રંગો સાથેના પ્રદર્શનમાં પરિણમી શકે છે.
અર્ધ-શાસ્ત્રીય
ક્વોન્ટમ બિંદુઓના અર્ધશાસ્ત્રીય મોડલમાં ઘણીવાર રાસાયણિક સંભવિતતાનો સમાવેશ થાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, થર્મોડાયનેમિક રાસાયણિક સંભવિત એનસિસ્ટમ - આંશિક આપવામાં આવે છે
μ (N) = E (N) - E (N - 1) (\displaystyle \mu (N)=E(N)-E(N-1))જેની ઉર્જા શરતો શ્રોડિન્જર સમીકરણના ઉકેલ તરીકે મેળવી શકાય છે. ક્ષમતાનું નિર્ધારણ,
1 C ≡ Δ B Δ Q (\displaystyle (1 \over C)\(\Delta \,B \over \Delta \,Q)ની સમકક્ષ),સંભવિત તફાવત સાથે
Δ B = Δ μ e = μ (N + Δ N) − μ (N) e (\displaystyle \Delta \,V=(\Delta \,\mu \,\over e)=(\mu (N +\ ડેલ્ટા\,N) - \mu(N)\over e))વ્યક્તિગત ઇલેક્ટ્રોનના ઉમેરા અથવા દૂર કરીને ક્વોન્ટમ ડોટ પર લાગુ કરી શકાય છે,
Δ N = 1 (\displaystyle \Delta \N=1)અને. Δ Q = e (\displaystyle \Delta \Q=e) C (N) = e 2 μ (N + 1) - μ (N) = e 2 I (N) - A (N) (\displaystyle C(N)=(e^(2)\over\mu (N +1)-\mu(N)) = (e^(2)\over I(N)-A(N)))ક્વોન્ટમ ડોટની "ક્વોન્ટમ ક્ષમતા" છે, જ્યાં આપણે આના દ્વારા દર્શાવીએ છીએ હું (એન) આયનીકરણ સંભવિત અને A(N)ઇલેક્ટ્રોન એફિનિટી એનકણ સિસ્ટમો.
ક્લાસિકલ મિકેનિક્સ
ક્વોન્ટમ ડોટ્સમાં ઈલેક્ટ્રોન્સના ઈલેક્ટ્રોસ્ટેટિક પ્રોપર્ટીઝના ક્લાસિકલ મોડલ એકમ ગોળામાં ઈલેક્ટ્રોનનું શ્રેષ્ઠ રીતે વિતરણ કરવાની થોમસન સમસ્યાની પ્રકૃતિની નજીક છે.
ગોળાકાર ક્વોન્ટમ બિંદુઓ સુધી મર્યાદિત ઇલેક્ટ્રોનની ક્લાસિકલ ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક પ્રક્રિયા થોમસન અથવા પ્લમ પુડિંગ મોડેલ, અણુમાં તેમની પ્રક્રિયા જેવી જ છે.
ક્લાસિકલ સારવાર: બંને દ્વિ-પરિમાણીય અને ત્રિ-પરિમાણીય ક્વોન્ટમ બિંદુઓ ઇલેક્ટ્રોન શેલ-ફિલિંગ વર્તન દર્શાવે છે. અને "શાસ્ત્રીય કૃત્રિમ અણુઓનું સામયિક કોષ્ટક" દ્વિ-પરિમાણીય ક્વોન્ટમ બિંદુઓ માટે વર્ણવવામાં આવ્યું છે. વધુમાં, ત્રિ-પરિમાણીય થોમસન સમસ્યાઓ અને પ્રકૃતિમાં જોવા મળતા ઇલેક્ટ્રોન શેલ-સીલિંગ પેટર્ન વચ્ચે ઘણા જોડાણો નોંધવામાં આવ્યા છે, જે સમગ્ર સામયિક કોષ્ટકમાં મળી આવતા અણુઓમાંથી ઉદ્દભવે છે. આ નવીનતમ કાર્ય ગોળાકાર ક્વોન્ટમ ડોટમાં ઇલેક્ટ્રોન્સના ક્લાસિકલ ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક સિમ્યુલેશનમાં ઉદ્દભવ્યું છે, જે એક સંપૂર્ણ ડાઇલેક્ટ્રિક ગોળા દ્વારા રજૂ થાય છે.
