Shumë teknologji të reja të shfaqjes po demonstrohen në ekspozitat ndërkombëtare, por jo të gjitha janë të zbatueshme ose kanë aftësitë e duhura për zbatimin e suksesshëm tregtar. Një nga përjashtimet e këndshme është teknologjia kuantike e pikave, e cila tashmë përdoret në dritën e prapme të ekraneve LCD. Vlen të flasim për këtë risi teknike më në detaje.

Pikat kuantike

Pikat kuantike janë nanogrimca të materialeve gjysmëpërçuese. Parametrat e tyre përcaktohen nga madhësia e tyre: ndërsa madhësia e kristalit zvogëlohet, distanca midis niveleve të energjisë rritet. Kur një elektron lëviz në më shumë nivel i ulët, emetohet një foton. Duke ndryshuar madhësinë e pikës, mund të rregulloni energjinë e fotonit dhe, si rezultat, ngjyrën e dritës.

Ky nuk është një zbulim i ri në fakt, pikat kuantike u krijuan më shumë se tridhjetë vjet më parë. Por deri vonë ato përdoreshin vetëm në specialitete instrumente shkencore në laboratorë. Në mënyrë të rreptë, pikat kuantike janë elementë mikroskopikë të aftë për të emetuar dritë në një gamë të ngushtë gjatësi vale. Për më tepër, në varësi të madhësisë së tyre, drita mund të jetë jeshile, e kuqe ose blu.

Duke ndryshuar madhësinë e tyre, ju mund të kontrolloni hollësisht gjatësinë e valës së dritës së emetuar. Kjo teknologji e përdorur në modelet moderne të televizorëve daton në vitin 2004, kur u organizua kompania QD Vision. Fillimisht, stafi i këtij laboratori kërkimor u përpoq të përdorte pika kuantike për të zëvendësuar ngjyrat organike gjatë shënimit të sistemeve të ndryshme biologjike, por më pas vendosën ta provonin teknologjinë në televizorë.

Kësaj ideje i janë bashkuar shumë shpejt kompanitë e njohura. Në veçanti, në vitin 2010, studiuesit punuan së bashku me LG në projektin QLED. Sidoqoftë, vetë koncepti i teknologjisë në lidhje me TV LCD ishte vazhdimisht subjekt i ndryshimeve, emri i tij i punës gjithashtu ndryshoi disa herë. Një vit më vonë, në bashkëpunim me Samsung, u krijua një prototip i një ekrani me ngjyra të bazuar në pika kuantike. Megjithatë, ai nuk hyri në serial. Zbatimi më i fundit i këtij koncepti është pjesë e teknologjisë Color IQ të Sony, e cila prezantoi ekranin me dritë të pasme Triluminos.

Siç e dini, të gjithë televizorët LCD krijojnë një pamje duke përzier ngjyrat bazë - të kuqe, jeshile dhe blu (modeli RGB). Ndonjëherë shtohet e verdha, e cila, megjithatë, nuk ndikon ndjeshëm në sistemin e krijimit të imazheve në ekranin LCD. Përzierja e ngjyrave RGB në televizorët LCD bëhet duke përdorur filtra me ngjyra dhe në panele plazma- falë fosforit.

Në modelet klasike LCD, LED "të bardha" përdoren si dritë prapa. Ngjyra në spektrin e bardhë, duke kaluar nëpër filtra me ngjyra, jep një hije të caktuar. Modelet më të avancuara përdorin LED fosfori që lëshojnë dritë në zonën blu. Kjo dritë më pas përzihet me të verdhën për t'u bërë vizualisht e bardhë. Për të krijuar në ekran nga ngjyra të bardha të ngjashme, përkatësisht, të kuqe, blu dhe jeshile, përdoren filtra. Kjo është mjaft efektive, por ende harxhon shumë energji. Për më tepër, këtu inxhinierët duhet të kërkojnë një ekuilibër të caktuar midis cilësisë së paraqitjes së ngjyrave dhe ndriçimit të dritës së prapme.

Përparësitë e televizorëve me pika kuantike

Dy vjet më parë, Sony prezantoi për herë të parë modele të prodhimit masiv të pajisjeve televizive me ndriçim të pasëm Triluminos, i cili përdor pika kuantike. Ky është, në veçanti, KD-65X9000A. Drita e pasme përdor dioda blu, por nuk ka fosfor të verdhë. Si rezultat, drita blu, pa u përzier, kalon drejtpërdrejt përmes një elementi të veçantë IQ që përmban pika kuantike të kuqe dhe jeshile. Prodhuesi i quan avantazhet kryesore të teknologjisë interpretim më të thellë të ngjyrave dhe minimizimin e humbjeve në shkëlqim.

Pritet që, në krahasim me ndriçimin e prapme LED, pikat kuantike do të sigurojnë një rritje gamë ngjyrash gati 50 për qind. Gama e ngjyrave në televizorët e rinj Sony me ndriçim të pasëm Triluminos është afër 100% NTSC, ndërsa modelet me ndriçim të rregullt kanë rreth 70% NTSC. Kështu, mund të thuhet se televizorët me dritë kuantike mund të përmirësojnë vërtet cilësinë e imazhit, duke e bërë riprodhimin e ngjyrave më realist.

Por sa më realiste? Në fund të fundit, dihet që në të njëjtat televizorë Sony fotografia krijohet duke përdorur filtrat e zakonshëm që përziejnë ngjyrat? Është mjaft e vështirë t'i përgjigjemi kësaj pyetjeje varet shumë nga perceptimi subjektiv i cilësisë së imazhit. Në çdo rast, pronarët e lumtur të televizorëve të parë Sony me dritën e re të pasme vërejnë se imazhi në ekran duket si një pikturë e pikturuar me ngjyra më të pastra.

Fakti që kompanitë e tjera lider u bashkuan menjëherë në zbatimin e kësaj risie teknologjike konfirmon faktin se pikat kuantike nuk janë vetëm një marifet marketingu. Në CES 2015, Samsung prezantoi televizorët SUHD, të cilët gjithashtu zbatuan teknologji të ngjashme. Vihet re se televizorët e rinj ofrojnë më shumë cilesi e larte imazhe me një çmim më të ulët se modelet OLED. LG prezantoi edhe televizorët me teknologjinë kuantike (Quantum Dot) në ekspozitën ULTRA HD.

Krahasimi me OLED nuk është i rastësishëm. Në fund të fundit, shumë kompani fillimisht iu drejtuan teknologjisë OLED si një mënyrë për të përmirësuar cilësinë e imazhit të televizorëve modernë, por hasën probleme me prodhimin e tyre kur i lansuan në seri. Kjo është veçanërisht e vërtetë për televizorët OLED me diagonale të ekranit të madh dhe rezolucion ultra të lartë.

Në formën e pikave kuantike, u gjet një lloj opsioni rezervë - gamë e ngjyrave në TV të tillë është pothuajse aq e mirë sa në ekranet OLED, dhe praktikisht nuk ka probleme me zhvillimin industrial të teknologjisë. Kjo i lejon kompanitë të prodhojnë televizorë që do të rivalizojnë teknologjinë OLED në cilësinë e figurës, ndërkohë që mbeten të përballueshme në një rreth të gjerë konsumatorët.

Metoda të shumta spektroskopike që u shfaqën në gjysmën e dytë të shekullit të 20-të - mikroskopi elektronik dhe i forcës atomike, spektroskopia e rezonancës magnetike bërthamore, spektrometria e masës - duket se mikroskopi optik tradicional ishte "në pension" shumë kohë më parë. Sidoqoftë, përdorimi i shkathët i fenomenit të fluoreshencës më shumë se një herë zgjati jetën e "veteranit". Ky artikull do të flasë për pika kuantike(nanokristale gjysmëpërçuese fluoreshente), të cilat i dhanë forcë të re mikroskopit optik dhe bënë të mundur shikimin përtej kufirit famëkeq të difraksionit. Unike vetitë fizike pikat kuantike i bëjnë ato një mjet ideal për regjistrimin shumëngjyrësh ultrasensitive të objekteve biologjike, si dhe për diagnostikimin mjekësor.

Puna jep ide rreth parimet fizike, duke përcaktuar vetitë unike të pikave kuantike, idetë dhe perspektivat kryesore për përdorimin e nanokristaleve dhe bisedimet për arritjet e arritura aplikimet e tyre në biologji dhe mjekësi. Artikulli bazohet në rezultatet e hulumtimit të kryer në vitet e fundit në Laboratorin e Biofizikës Molekulare të Institutit të Kimisë Bioorganike me emrin. MM. Shemyakin dhe Yu.A. Ovchinnikova së bashku me Universitetin e Reims dhe Bjellorusian Universiteti Shtetëror, që synon zhvillimin e një gjenerate të re të teknologjisë së biomarkerëve për fusha të ndryshme të diagnostikimit klinik, duke përfshirë kancerin dhe sëmundjet autoimune, si dhe krijimin e llojeve të reja të nanosensorëve për regjistrimin e njëkohshëm të shumë parametrave biomjekësorë. Versioni origjinal i veprës u botua në Nature; në një farë mase, artikulli bazohet në seminarin e dytë të Këshillit të Shkencëtarëve të Rinj të IBCh RAS. - Ed.

Pjesa I, teorike

Figura 1. Nivelet diskrete të energjisë në nanokristale. gjysmëpërçues "i ngurtë" ( majtas) ka një brez valence dhe një brez përcjellës të ndarë nga një hendek brezi P.sh. Nanokristal gjysmëpërçues ( në të djathtë) karakterizohet nga nivele diskrete të energjisë, të ngjashme me nivelet e energjisë të një atomi të vetëm. Në një nanokristal P.shështë një funksion i madhësisë: një rritje në madhësinë e një nanokristali çon në një ulje P.sh.

Zvogëlimi i madhësisë së grimcave çon në shfaqjen e vetive shumë të pazakonta të materialit nga i cili është bërë. Arsyeja për këtë janë efektet mekanike kuantike që lindin kur lëvizja e transportuesve të ngarkesës është e kufizuar në hapësirë: energjia e transportuesve në këtë rast bëhet diskrete. Dhe numri i niveleve të energjisë, siç mëson mekanika kuantike, varet nga madhësia e "pusit të mundshëm", lartësia e pengesës së mundshme dhe masa e bartësit të ngarkesës. Një rritje në madhësinë e "pusit" çon në një rritje të numrit të niveleve të energjisë, të cilat bëhen gjithnjë e më afër njëri-tjetrit derisa të bashkohen dhe spektri i energjisë bëhet "i fortë" (Fig. 1). Lëvizja e bartësve të ngarkesës mund të kufizohet përgjatë një koordinate (duke formuar filma kuantikë), përgjatë dy koordinatave (telave kuantike ose fijeve) ose në të tre drejtimet - këto do të jenë pika kuantike(CT).

Nanokristalet gjysmëpërçues janë struktura të ndërmjetme midis grupimeve molekulare dhe materialeve "të ngurta". Kufijtë ndërmjet materialeve molekulare, nanokristalore dhe të ngurta nuk janë të përcaktuara qartë; megjithatë, diapazoni prej 100 ÷ 10,000 atome për grimcë mund të konsiderohet paraprakisht si "kufiri i sipërm" i nanokristaleve. Kufiri i sipërm korrespondon me madhësitë për të cilat intervali midis niveleve të energjisë tejkalon energjinë e dridhjeve termike kT (k- konstante Boltzmann, T- temperatura) kur transportuesit e ngarkesës bëhen të lëvizshëm.

Shkalla e gjatësisë natyrore për rajonet e ngacmuara elektronike në gjysmëpërçuesit "të vazhdueshëm" përcaktohet nga rrezja e eksitonit Bohr një x, e cila varet nga forca e ndërveprimit të Kulombit ndërmjet elektronit ( e) Dhe vrimë (h). Në nanokristalet me madhësi të rendit të a x vetë madhësia fillon të ndikojë në konfigurimin e çiftit e–h dhe rrjedhimisht madhësia e eksitonit. Rezulton se në këtë rast, energjitë elektronike përcaktohen drejtpërdrejt nga madhësia e nanokristalit - ky fenomen njihet si "efekti i kufizimit kuantik". Duke përdorur këtë efekt, është e mundur të rregullohet hendeku i brezit të nanokristalit ( P.sh), thjesht duke ndryshuar madhësinë e grimcave (Tabela 1).

Vetitë unike të pikave kuantike

Si një objekt fizik, pikat kuantike janë njohur për një kohë të gjatë, duke qenë një nga format e zhvilluara intensivisht sot. heterostrukturat. E veçanta e pikave kuantike në formën e nanokristaleve koloidale është se çdo pikë është një objekt i izoluar dhe i lëvizshëm i vendosur në një tretës. Nanokristale të tilla mund të përdoren për të ndërtuar asociacione të ndryshme, hibride, shtresa të renditura, etj., mbi bazën e të cilave ndërtohen elemente të pajisjeve elektronike dhe optoelektronike, sonda dhe sensorë për analiza në mikrovolume të materies, sensorë të ndryshëm fluoreshentë, kimiluminescent dhe fotoelektrokimikë me përmasa nano. .

Arsyeja për depërtimin e shpejtë të nanokristaleve gjysmëpërçues në një shumëllojshmëri të zona të ndryshme shkenca dhe teknologjia janë karakteristikat e tyre unike optike:

• maja e ngushtë e fluoreshencës simetrike (ndryshe nga ngjyrat organike, të cilat karakterizohen nga prania e një "bishti" me valë të gjatë; Fig. 2, majtas), pozicioni i të cilit kontrollohet nga zgjedhja e madhësisë së nanokristalit dhe përbërjes së tij (Fig. 3);
• brez i gjerë ngacmimi, i cili bën të mundur ngacmimin e nanokristaleve me ngjyra të ndryshme me një burim rrezatimi (Fig. 2, majtas). Ky avantazh është thelbësor kur krijohen sisteme kodimi me shumë ngjyra;
• ndriçim i lartë fluoreshent, i përcaktuar nga një vlerë e lartë zhdukjeje dhe rendiment i lartë kuantik (për nanokristalet CdSe/ZnS - deri në 70%);
• fotostabilitet i lartë unik (Fig. 2, në të djathtë), i cili lejon përdorimin e burimeve të ngacmimit me fuqi të lartë.

Figura 2. Vetitë spektrale pika kuantike kadmium-selen (CdSe). Majtas: Nanokristalet me ngjyra të ndryshme mund të ngacmohen nga një burim i vetëm (shigjeta tregon ngacmimin me një lazer argon me një gjatësi vale 488 nm). Pjesa e brendshme tregon fluoreshencën e nanokristaleve CdSe/ZnS të madhësive të ndryshme (dhe, në përputhje me rrethanat, ngjyrave) të ngacmuara nga një burim i vetëm drite (llambë UV). Në të djathtë: Pikat kuantike janë jashtëzakonisht fotostabile në krahasim me ngjyrat e tjera të zakonshme, të cilat degradohen shpejt nën rrezen e një llambë merkuri në një mikroskop fluoreshent.

Figura 3. Vetitë e pikave kuantike nga materiale të ndryshme. Sipër: Gama fluoreshence e nanokristaleve të bëra nga materiale të ndryshme. Poshtë: Pikat kuantike CdSe të madhësive të ndryshme mbulojnë të gjithë gamën e dukshme prej 460-660 nm. Poshtë djathtas: Diagrami i një pike kuantike të stabilizuar, ku "bërthama" është e mbuluar me një guaskë gjysmëpërçuese dhe një shtresë polimeri mbrojtëse.

Teknologjia e pranimit

Sinteza e nanokristaleve kryhet me injektim të shpejtë të përbërësve prekursorë në mjedisin e reaksionit në temperaturë të lartë(300–350 °C) dhe rritja e ngadaltë pasuese e nanokristaleve në temperatura relativisht të ulëta (250–300 °C). Në modalitetin e sintezës "përqendrimi", shkalla e rritjes së grimcave të vogla është më e madhe se shkalla e rritjes së atyre të mëdha, si rezultat i së cilës përhapja në madhësi nanokristale zvogëlohet.

Teknologjia e sintezës së kontrolluar bën të mundur kontrollin e formës së nanogrimcave duke përdorur anizotropinë e nanokristaleve. Struktura karakteristike kristalore e një materiali të caktuar (për shembull, CdSe karakterizohet nga paketimi gjashtëkëndor - wurtzite, Fig. 3) ndërmjetëson drejtimet "e preferuara" të rritjes që përcaktojnë formën e nanokristaleve. Kështu fitohen nanoshodat ose tetrapodët - nanokristale të zgjatur në katër drejtime (Fig. 4).

Figura 4. Forma të ndryshme Nanokristalet CdSe. Majtas: Nanokristale sferike CdSe/ZnS (pika kuantike); ne qender: në formë shufre (shkopinj kuantik). Në të djathtë: në formë tetrapodësh. (Mikroskopi elektronik i transmetimit. Mark - 20 nm.)

Barrierat për zbatimin praktik

Ekzistojnë një sërë kufizimesh në zbatimin praktik të nanokristaleve nga gjysmëpërçuesit e grupit II-VI. Së pari, rendimenti kuantik i luminescencës së tyre varet ndjeshëm nga vetitë e mjedisit. Së dyti, qëndrueshmëria e "bërthamave" të nanokristaleve në tretësirat ujore gjithashtu i vogël. Problemi qëndron në "defektet" sipërfaqësore që luajnë rolin e qendrave të rikombinimit jo-rrezatues ose "kurtheve" për të ngacmuarit. e–h avulli.

Për të kapërcyer këto probleme, pikat kuantike janë të mbyllura në një guaskë të përbërë nga disa shtresa të materialit me boshllëk të gjerë. Kjo ju lejon të izoloheni e-hçiftëzohen në bërthamë, rrisin jetëgjatësinë e tij, zvogëlojnë rikombinimin jo-rrezatues dhe për këtë arsye rrisin rendimentin kuantik të fluoreshencës dhe fotostabilitetit.

Në lidhje me këtë, deri më sot, nanokristalet fluoreshente më të përdorura kanë një strukturë bërthame/predhë (Fig. 3). Procedurat e zhvilluara për sintezën e nanokristaleve CdSe/ZnS bëjnë të mundur arritjen e një rendimenti kuantik prej 90%, që është afër ngjyrave fluoreshente organike më të mira.

Pjesa II: Zbatimet e pikave kuantike në formën e nanokristaleve koloidale

Fluoroforet në mjekësi dhe biologji

Vetitë unike të QD-ve bëjnë të mundur përdorimin e tyre në pothuajse të gjitha sistemet për etiketimin dhe vizualizimin e objekteve biologjike (me përjashtim të vetëm etiketave ndërqelizore fluoreshente, të shprehura gjenetikisht - proteina fluoreshente të njohura).

Për të vizualizuar objektet ose proceset biologjike, QD-të mund të futen në objekt drejtpërdrejt ose me molekula njohëse "të qepura" (zakonisht antitrupa ose oligonukleotide). Nanokristalet depërtojnë dhe shpërndahen në të gjithë objektin në përputhje me vetitë e tyre. Për shembull, nanokristalet e madhësive të ndryshme depërtojnë në membranat biologjike në mënyra të ndryshme, dhe meqenëse madhësia përcakton ngjyrën e fluoreshencës, zona të ndryshme të objektit janë gjithashtu të ngjyrosura ndryshe (Fig. 5). Prania e molekulave njohëse në sipërfaqen e nanokristaleve lejon lidhjen e synuar: objekti i dëshiruar (për shembull, një tumor) është lyer me një ngjyrë të caktuar!

Figura 5. Ngjyrosja e objekteve. Majtas: Imazhi fluoreshente konfokal shumëngjyrësh i shpërndarjes së pikave kuantike në sfondin e mikrostrukturës së citoskeletit dhe bërthamës qelizore në qelizat e fagocitit njerëzor THP-1. Nanokristalet mbeten fotostabile në qeliza për të paktën 24 orë dhe nuk shkaktojnë përçarje të strukturës dhe funksionit të qelizave. Në të djathtë: akumulimi i nanokristaleve “të lidhura” me peptidin RGD në zonën e tumorit (shigjeta). Në të djathtë është kontrolli, u futën nanokristale pa peptide (nanokristalet CdTe, 705 nm).

Kodimi spektral dhe "mikroçipet e lëngëta"

Siç është treguar tashmë, kulmi i fluoreshencës së nanokristaleve është i ngushtë dhe simetrik, gjë që bën të mundur izolimin e besueshëm të sinjalit të fluoreshencës së nanokristaleve me ngjyra të ndryshme (deri në dhjetë ngjyra në diapazonin e dukshëm). Përkundrazi, brezi i përthithjes së nanokristaleve është i gjerë, domethënë, nanokristalet e të gjitha ngjyrave mund të ngacmohen nga një burim i vetëm drite. Këto veti, si dhe fotostabiliteti i tyre i lartë, i bëjnë pikat kuantike fluorofore ideale për kodimin spektral shumëngjyrësh të objekteve - të ngjashme me një kod bar, por duke përdorur kode shumëngjyrësh dhe "të padukshëm" që fluoreshojnë në rajonin infra të kuqe.

Aktualisht, termi "mikroçipa të lëngshëm" përdoret gjithnjë e më shumë, i cili lejon, si çipat klasikë të sheshtë, ku elementët zbulues ndodhen në një aeroplan, të kryejnë analiza të shumë parametrave njëkohësisht duke përdorur mikrovolume të një kampioni. Parimi i kodimit spektral duke përdorur mikroçipe të lëngët është ilustruar në Figurën 6. Çdo element i mikroçipit përmban sasi të caktuara të QD-ve me ngjyra të caktuara, dhe numri i opsioneve të koduara mund të jetë shumë i madh!

Figura 6. Parimi i kodimit spektral. Majtas: Mikroçip i sheshtë "i rregullt". Në të djathtë:"mikroçip i lëngshëm", çdo element i të cilit përmban sasi të caktuara të QD-ve me ngjyra të caktuara. Në n nivelet e intensitetit të fluoreshencës dhe m ngjyrat, numri teorik i opsioneve të koduara është n m−1. Pra, për 5-6 ngjyra dhe 6 nivele intensiteti, kjo do të jetë 10,000-40,000 opsione.

Mikroelementë të tillë të koduar mund të përdoren për etiketimin e drejtpërdrejtë të çdo objekti (për shembull, letrat me vlerë). Kur futen në matrica polimer, ato janë jashtëzakonisht të qëndrueshme dhe të qëndrueshme. Një aspekt tjetër i aplikimit është identifikimi i objekteve biologjike në zhvillimin e metodave të hershme diagnostikuese. Metoda e treguesit dhe e identifikimit është që një molekulë specifike njohjeje i bashkëngjitet çdo elementi të koduar spektral të mikroçipit. Ekziston një molekulë e dytë njohëse në tretësirë, së cilës i është "qepur" një fluorofore sinjalizuese. Shfaqja e njëkohshme e fluoreshencës së mikroçipit dhe një fluorofori sinjalistik tregon praninë e objektit të studiuar në përzierjen e analizuar.

Citometria e rrjedhës mund të përdoret për të analizuar mikrogrimcat e koduara on-line. Një tretësirë ​​që përmban mikrogrimca kalon nëpër një kanal të rrezatuar me lazer, ku çdo grimcë karakterizohet në mënyrë spektrale. Softueri i instrumentit ju lejon të identifikoni dhe karakterizoni ngjarje që lidhen me shfaqjen e përbërjeve të caktuara në një mostër - për shembull, shënuesit e kancerit ose sëmundjet autoimune.

Në të ardhmen, mikroanalizatorët mund të krijohen bazuar në nanokristale fluoreshente gjysmëpërçuese për regjistrim të njëkohshëm menjëherë numër i madh objektet.

Sensorët molekularë

Përdorimi i QD-ve si sonda bën të mundur matjen e parametrave mjedisorë në zonat lokale, madhësia e të cilave është e krahasueshme me madhësinë e sondës (shkalla nanometër). Funksionimi i instrumenteve të tilla matëse bazohet në përdorimin e efektit Förster të transferimit të energjisë rezonante jo-rrezatuese (Förster resonanse Energy transfer - FRET). Thelbi i efektit FRET është se kur dy objekte (dhuruesi dhe pranuesi) afrohen dhe mbivendosen spektri i fluoreshencës së pari nga spektri i përthithjes së dyti, energjia transferohet në mënyrë jo-rrezatuese - dhe nëse pranuesi mund të fluoreshojë, ai do të shkëlqejë me intensitet të dyfishtë.

Ne kemi shkruar tashmë për efektin FRET në artikull " Ruletë për spektroskopist » .

Tre parametra të pikave kuantike i bëjnë ata donatorë shumë tërheqës në sistemet e formatit FRET.

1. Aftësia për të zgjedhur gjatësinë e valës së emetimit me saktësi të lartë për të marrë mbivendosjen maksimale midis spektrave të emetimit të dhuruesit dhe ngacmimit të marrësit.
2. Aftësia për të ngacmuar QD të ndryshme me të njëjtën gjatësi vale të një burimi të vetëm drite.
3. Mundësia e ngacmimit në rajoni spektral, larg gjatësisë së valës së emetimit (diferenca >100 nm).

Ekzistojnë dy strategji për përdorimin e efektit FRET:

• regjistrimi i aktit të ndërveprimit të dy molekulave për shkak të ndryshimeve konformacionale në sistemin dhurues-pranues dhe
• regjistrimi i ndryshimeve në vetitë optike të dhuruesit ose pranuesit (për shembull, spektri i përthithjes).

Kjo qasje bëri të mundur zbatimin e sensorëve me madhësi nanoz për matjen e pH dhe përqendrimit të joneve metalike në një rajon lokal të kampionit. Element i ndjeshëm Një sensor i tillë përmban një shtresë molekulash treguese që ndryshojnë vetitë optike kur lidhen me jonin e zbuluar. Si rezultat i lidhjes, mbivendosja midis spektrave të fluoreshencës së QD dhe spektrave të absorbimit të treguesit ndryshon, gjë që ndryshon edhe efikasitetin e transferimit të energjisë.

Një qasje që përdor ndryshimet konformacionale në sistemin dhurues-pranues zbatohet në një sensor të temperaturës në shkallë nano. Veprimi i sensorit bazohet në një ndryshim të temperaturës në formën e molekulës së polimerit që lidh pikën kuantike dhe pranuesin - shuarësin e fluoreshencës. Kur temperatura ndryshon, si distanca midis shuesit dhe fluoroforit, ashtu edhe intensiteti i fluoreshencës, nga i cili një përfundim për temperaturën ndryshon.

Diagnostikimi molekular

Thyerja ose formimi i një lidhjeje midis një dhuruesi dhe një pranuesi mund të zbulohet në të njëjtën mënyrë. Figura 7 tregon parimin e regjistrimit të "sanduiçit", në të cilin objekti i regjistruar vepron si një lidhje ("përshtatës") midis dhuruesit dhe pranuesit.

Figura 7. Parimi i regjistrimit duke përdorur formatin FRET. Formimi i një konjugati (“mikroçipi i lëngshëm”)-(objekt i regjistruar)-(fluorofori i sinjalit) e afron dhuruesin (nanokristalin) me pranuesin (ngjyra AlexaFluor). Rrezatimi lazer në vetvete nuk eksiton fluoreshencën e bojës; sinjali fluoreshent shfaqet vetëm për shkak të transferimit të energjisë rezonante nga nanokristali CdSe/ZnS. Majtas: struktura e një konjugati me transferimin e energjisë. Në të djathtë: diagrami spektral i ngacmimit të bojës.

Një shembull i zbatimit të kësaj metode është krijimi i një kompleti diagnostikues për një sëmundje autoimune skleroderma sistemike(skleroderma). Këtu, dhuruesi ishin pika kuantike me një gjatësi vale fluoreshence prej 590 nm, dhe pranuesi ishte një bojë organike - AlexaFluor 633. Një antigjen ishte "qepur" në sipërfaqen e një mikrogrimcë që përmban pika kuantike në një autoantitrup - një shënues i sklerodermës. Antitrupat dytësorë të etiketuar me ngjyrë u futën në tretësirë. Në mungesë të një objektivi, boja nuk i afrohet sipërfaqes së mikrogrimcës, nuk ka transferim energjie dhe boja nuk fluoreshon. Por nëse autoantitrupat shfaqen në kampion, kjo çon në formimin e një kompleksi mikrogrimcë-autoantitrup-ngjyrosje. Si rezultat i transferimit të energjisë, boja ngacmohet dhe sinjali i saj fluoreshent me një gjatësi vale prej 633 nm shfaqet në spektër.

Rëndësia e kësaj pune është gjithashtu se autoantitrupat mund të përdoren si shënues diagnostikues në fazat shumë të hershme të zhvillimit të sëmundjeve autoimune. "Mikroçipet e lëngëta" bëjnë të mundur krijimin e sistemeve të testimit në të cilat antigjenet janë të vendosura në kushte shumë më natyrale sesa në një aeroplan (si në mikroçipet "të rregullta"). Rezultatet e marra tashmë hapin rrugën për krijimin e një lloji të ri të testeve klinike diagnostikuese të bazuara në përdorimin e pikave kuantike. Dhe zbatimi i qasjeve të bazuara në përdorimin e mikroçipave të lëngshëm të koduar spektralisht do të bëjë të mundur përcaktimin e njëkohshëm të përmbajtjes së shumë shënuesve menjëherë, gjë që është baza për një rritje të konsiderueshme në besueshmërinë e rezultateve diagnostikuese dhe zhvillimin e metodave diagnostikuese të hershme .

Pajisjet molekulare hibride

Mundësia e menaxhimit fleksibël karakteristikat spektrale Pikat kuantike hapin rrugën për pajisjet spektrale në shkallë nano. Në veçanti, QD me bazë kadmium-telurium (CdTe) kanë bërë të mundur zgjerimin e ndjeshmërisë spektrale bakteriorodopsin(bP), i njohur për aftësinë e tij për të përdorur energjinë e dritës për të "pompuar" protonet nëpër një membranë. (Gradienti elektrokimik që rezulton përdoret nga bakteret për të sintetizuar ATP.)

Në fakt, është marrë një material i ri hibrid: bashkimi i pikave kuantike cipë vjollcë- një membranë lipidike që përmban molekula bakterorodopsine të mbushura dendur - zgjeron gamën e fotondjeshmërisë në rajonet UV dhe blu të spektrit, ku bP "i zakonshëm" nuk thith dritën (Fig. 8). Mekanizmi i transferimit të energjisë në bakteriorodopsinë nga një pikë kuantike që thith dritën në rajonet UV dhe blu është ende i njëjtë: është FRET; Pranuesi i rrezatimit në këtë rast është retinës- i njëjti pigment që funksionon në rodopsinën e fotoreceptorit.

Figura 8. “Përmirësimi” i bakteriorodopsinës duke përdorur pika kuantike. Majtas: një proteoliposom që përmban bakterorodopsinë (në formën e trimerëve) me pika kuantike me bazë CdTe "të qepura" në të (tregohen si sfera portokalli). Në të djathtë: skema për zgjerimin e ndjeshmërisë spektrale të bR për shkak të CT: rajoni në spektër marrja në dorëzim QD është në pjesët UV dhe blu të spektrit; varg emetimet mund të "akordohet" duke zgjedhur madhësinë e nanokristalit. Megjithatë, në këtë sistem, energjia nuk emetohet nga pikat kuantike: energjia migron në mënyrë jo-rrezatuese në bakterorodopsinë, e cila funksionon (pompon jonet H + në liposom).

Proteoliposomet (“vezikulat” lipidike që përmbajnë një hibrid bP-QD) të krijuara në bazë të një materiali të tillë pompojnë protone në vetvete kur ndriçohen, duke ulur efektivisht pH-në (Fig. 8). Kjo shpikje në dukje e parëndësishme mund të formojë në të ardhmen bazën e pajisjeve optoelektronike dhe fotonike dhe të gjejë zbatim në fushën e energjisë elektrike dhe llojeve të tjera të shndërrimeve fotoelektrike.

Për ta përmbledhur, duhet theksuar se pikat kuantike në formën e nanokristaleve koloidale janë objektet më premtuese të nanoteknologjive nano-, bionano- dhe biobakri. Pas demonstrimit të parë të aftësive të pikave kuantike si fluorofore në vitin 1998, pati një qetësi për disa vite të lidhura me formimin e qasjeve të reja origjinale për përdorimin e nanokristaleve dhe realizimin e aftësive potenciale që zotërojnë këto objekte unike. Por vitet e fundit ka pasur një rritje të mprehtë: akumulimi i ideve dhe zbatimi i tyre kanë përcaktuar një përparim në krijimin e pajisjeve dhe mjeteve të reja bazuar në përdorimin e pikave kuantike nanokristaline gjysmëpërçuese në biologji, mjekësi, inxhinieri elektronike, teknologji. përdorni energji diellore dhe shume te tjere. Sigurisht, ka ende shumë probleme të pazgjidhura përgjatë kësaj rruge, por interesi në rritje, numri në rritje i ekipeve që punojnë për këto probleme, numri në rritje i botimeve kushtuar kësaj fushe, na lejojnë të shpresojmë se pikat kuantike do të bëhen baza e gjenerata e ardhshme e pajisjeve dhe teknologjive.

Video regjistrimi i fjalimit të V.A Oleynikova në seminarin e dytë të Këshillit të Shkencëtarëve të Rinj të IBCh RAS, mbajtur më 17 maj 2012.

Letërsia

1. Oleynikov V.A. (2010). Pikat kuantike në biologji dhe mjekësi. Natyra. 3 , 22;
2. Oleynikov V.A., Sukhanova A.V., Nabiev I.R. (2007). Nanokristalet gjysmëpërçuese fluoreshente në biologji dhe mjekësi. Nanoteknologjitë ruse. 2 , 160–173;
3. Alyona Sukhanova, Lydie Venteo, Jérôme Devy, Mikhail Artemyev, Vladimir Oleinikov, etj. al.. (2002). Nanokristalet fluoreshente shumë të qëndrueshme si një klasë e re etiketash për analizën imunohistokimike të seksioneve të indeve të ngulitura në parafinë. Lab Invest. 82 , 1259-1261;
4. C. B. Murray, D. J. Norris, M. G. Bawendi. (1993). Sinteza dhe karakterizimi i nanokristaliteve gjysmëpërçuese pothuajse monodisperse CdE (E = squfur, selen, telur). J. Am. Kimik. Soc.. 115 , 8706-8715;
5. Margaret A. Hines, Philippe Guyot-Sionnest. (1998). Nanokristale koloidale të ndritshme UV-Blu lumineshente ZnSe. J. Phys. Kimik. B. 102 , 3655-3657;
6. Manna L., Scher E.C., Alivisatos P.A. (2002). Kontrolli i formës së nanokristaleve gjysmëpërçues koloidal. J. Clust. Shkencë. 13 , 521–532;
7. Çmimi Nobel fluoreshent në Kimi;
8. Igor Nabiev, Siobhan Mitchell, Anthony Davies, Yvonne Williams, Dermot Kelleher, etj. al.. (2007). Nanokristalet e pafunksionalizuara mund të shfrytëzojnë makineritë aktive të transportit të një qelize duke i dorëzuar ato në ndarje specifike bërthamore dhe citoplazmike. Nano Lett.. 7 , 3452-3461;
9. Yvonne Williams, Alyona Sukhanova, MaÅgorzata Nowostawska, Anthony M. Davies, Siobhan Mitchell, etj. al.. (2009). Hetimi i pengesave ndërqelizore të nanoshkallës specifike të tipit qelizor duke përdorur Nano-pH-matësin e pikave kuantike të rregulluara nga madhësia;
10. Alyona Sukhanova, Andrei S. Susha, Alpan Bek, Sergiy Mayilo, Andrey L. Rogach, etj. al.. (2007). Mikrorruaza fluoreshente të koduara me nanokristal për Proteomikë: Profilizimi i Antitrupave dhe Diagnostifikimi i Sëmundjeve Autoimune. Nano Lett.. 7 , 2322-2327;
11. Aliaksandra Rakovich, Alyona Sukhanova, Nicolas Bouchonville, Evgeniy Lukashev, Vladimir Oleinikov, etj. al.. (2010). Transferimi i energjisë me rezonancë përmirëson funksionin biologjik të bakteriorodopsinës brenda një materiali hibrid të ndërtuar nga membranat e purpurta dhe pikat kuantike gjysmëpërçuese. Nano Lett.. 10 , 2640-2648;

"Nanoteknologji" është një fjalë me histori komplekse dhe konteksti në gjuhën ruse, për fat të keq, është paksa i diskredituar. Megjithatë, nëse neglizhojmë ngjyrimet ironike socio-ekonomike, mund të themi se nanoteknologjia vitet e fundit ka filluar të marrë formë nga një koncept shkencor dhe teorik, i cili në një të ardhme të parashikueshme mund të shndërrohet në produkte të vërteta tregtare dhe të hyjë në jetën tonë.

Një shembull i shkëlqyer i kësaj janë pikat kuantike. Teknologjitë që përdorin nanogrimcat gjysmëpërçuese po gjejnë gradualisht aplikime plotësisht fusha të ndryshme: mjekësi, printim, fotovoltaikë, elektronikë - disa nga produktet ekzistojnë ende në nivelin e prototipit, në disa vende teknologjia është zbatuar pjesërisht, dhe disa tashmë janë në përdorim praktik.

Pra, çfarë është një "pikë kuantike" dhe me çfarë hahet?

Një pikë kuantike është një nanokristal inorganik material gjysmëpërçues(silikon, fosfid indium, selenid kadmiumi). "Nano" do të thotë e matur në pjesë për miliard dhe madhësitë e kristaleve të tilla variojnë nga 2 deri në 10 nanometra. Për shkak të madhësisë së tyre të vogël, elektronet në nanogrimcat sillen shumë ndryshe nga ato në gjysmëpërçuesit pjesa më e madhe.

Spektri energjetik i një pike kuantike është heterogjen, ai ka nivele të veçanta energjie për një elektron (një grimcë e ngarkuar negativisht) dhe një vrimë. Një vrimë në gjysmëpërçues quhet vrimë e paplotësuar. lidhje valence, transportues ngarkesë pozitive numerikisht e barabartë me elektronin, shfaqet kur prishet lidhja midis bërthamës dhe elektronit.

Nëse krijohen kushte në të cilat bartësi i ngarkesës në kristal lëviz nga niveli në nivel, atëherë gjatë këtij tranzicioni emetohet një foton. Duke ndryshuar madhësinë e grimcave, ju mund të kontrolloni frekuencën e përthithjes dhe gjatësinë e valës së këtij rrezatimi. Në praktikë, kjo do të thotë që në varësi të madhësisë së grimcave të pikës, kur rrezatohen, ato do të shkëlqejnë me ngjyra të ndryshme.

Aftësia për të kontrolluar gjatësinë e valës së rrezatimit përmes madhësisë së grimcave bën të mundur marrjen e substancave të qëndrueshme nga pikat kuantike që shndërrojnë energjinë që thithin në rrezatim drite - fosfore fotostabile.

Zgjidhjet e bazuara në pikat kuantike janë superiore ndaj fosforeve tradicionale organike dhe inorganike në një numër parametrash që janë të rëndësishëm për ato aplikime praktike që kërkojnë ndriçim të saktë dhe të sintonizueshëm.

Përparësitë e pikave kuantike:

• Fotostabile, ruan vetitë fluoreshente për disa vite.
• Rezistencë e lartë ndaj fotovenitjes: 100 – 1000 herë më e lartë se ajo e fluoroforeve organike.
• Rendiment i lartë kuantik i fluoreshencës - deri në 90%.
• Spektri i gjerë i ngacmimit: nga UV në IR (400 – 200 nm).
• Pastërti e lartë e ngjyrave për shkak të majave të larta të fluoreshencës (25-40 nm).
• Rezistencë e lartë ndaj degradimit kimik.

Një avantazh tjetër, veçanërisht për printimin, është se pikat kuantike mund të përdoren për të bërë sols - sisteme koloidale shumë të shpërndara me një mjedis të lëngshëm në të cilin shpërndahen grimcat e vogla. Kjo do të thotë se ato mund të përdoren për të prodhuar zgjidhje të përshtatshme për printim me bojë.

Fushat e aplikimit të pikave kuantike:

Mbrojtja e dokumenteve dhe produkteve nga falsifikimi: letra me vlerë, kartëmonedha, karta identiteti, pulla, vula, certifikata, certifikata, karta plastike, marka tregtare. Një sistem kodimi shumëngjyrësh i bazuar në pikat kuantike mund të jetë në kërkesë komerciale për shënimin me ngjyra të produkteve në industrinë ushqimore, farmaceutike, kimike, bizhuteri dhe vepra arti.

Për shkak të faktit se baza e lëngshme mund të jetë me bazë uji ose e shërueshme me rreze UV, duke përdorur bojë me pika kuantike mund të shënoni pothuajse çdo objekt - për letër dhe baza të tjera absorbuese - bojë me bazë uji dhe për ato jo absorbuese (qelqi , dru, metal, polimere sintetike, kompozita) – Bojë UV.

Shënues në kërkimet mjekësore dhe biologjike. Për shkak të faktit se shënuesit biologjikë, fragmente të ADN-së dhe ARN-së që reagojnë ndaj një lloji specifik qelize, mund të aplikohen në sipërfaqen e pikave kuantike, ato mund të përdoren si kontrast në studimet biologjike dhe diagnostikimin e kancerit në fazat e hershme. , kur tumori nuk është zbuluar ende me metoda standarde diagnostike.

Përdorimi i pikave kuantike si etiketa fluoreshente për studimin e qelizave tumorale in vitro është një nga më premtuesit dhe më të shpejtë. zonat në zhvillim aplikimet e pikave kuantike në biomjekësi.

Zbatimi masiv Kjo teknologji pengohet vetëm nga çështja e sigurisë së përdorimit të kontrasteve me pika kuantike në studimet invivo, pasi shumica Ato janë bërë nga materiale shumë toksike dhe përmasat e tyre janë aq të vogla sa që depërtojnë lehtësisht në çdo pengesë trupore.

Shfaq me pika kuantike: QLED – teknologjia për krijimin e ekraneve LCD me dritë prapa LED duke përdorur pika kuantike tashmë është testuar nga prodhuesit kryesorë të elektronikës. Përdorimi i kësaj teknologjie bën të mundur uljen e konsumit të energjisë së ekranit, rritjen e fluksit të dritës në krahasim me ekranet LED me 25-30%, më shumë ngjyra të pasura, interpretim i qartë i ngjyrave, thellësi ngjyrash, aftësia për t'i bërë ekranet ultra të hollë dhe fleksibël.

Prototipi i ekranit të parë duke përdorur këtë teknologji u prezantua nga Samsung në shkurt 2011, dhe ekrani i parë kompjuterik u lëshua nga Philips.

Ai përdor pika kuantike për të prodhuar ngjyra të kuqe dhe jeshile nga spektri i emetimit të LED-ve blu, gjë që siguron interpretimin e ngjyrave afër natyrës. Në vitin 2013, Sony lëshoi ​​​​një ekran QLED që funksionon në të njëjtin parim. NË ky moment Kjo teknologji për prodhimin e ekraneve të mëdha nuk përdoret gjerësisht për shkak të kostove të larta të prodhimit.

Lazer me pika kuantike. Një lazer, mjedisi i punës i të cilit janë pikat kuantike në rajonin emetues, ka një sërë avantazhesh në krahasim me lazerët gjysmëpërçues tradicionalë të bazuar në puset kuantike. Ata kane karakteristika më të mira për sa i përket brezit të frekuencës, intensitetit të zhurmës, ato janë më pak të ndjeshme ndaj ndryshimeve të temperaturës.

Për shkak të faktit se ndryshimi i përbërjes dhe madhësisë së një pike kuantike ju lejon të kontrolloni medium aktiv Një lazer i tillë bëri të mundur punën në gjatësi vale që më parë ishin të paarritshme. Kjo teknologji përdoret në mënyrë aktive në praktikë në mjekësi me ndihmën e saj, u krijua një bisturi lazer.

Energjisë

Disa modele të qelizave diellore me shtresë të hollë janë zhvilluar gjithashtu bazuar në pikat kuantike. Ato bazohen në parimin e mëposhtëm të funksionimit: fotonet e dritës godasin një material fotovoltaik që përmban pika kuantike, duke stimuluar shfaqjen e një çifti elektroni dhe vrimash, energjia e të cilave është e barabartë ose e kalon energjinë minimale të kërkuar për një elektron të një. dhënë gjysmëpërçues në mënyrë që të kalojë nga një gjendje e lidhur në një të lirë. Duke ndryshuar madhësinë e nanokristaleve të materialit, është e mundur të ndryshohet "performanca e energjisë" e materialit fotovoltaik.

Bazuar në këtë parim, tashmë janë krijuar disa prototipe origjinale të punës. lloje të ndryshme Panele diellore.

Në vitin 2011, studiuesit në Universitetin e Notre Dame propozuan një "bojë diellore" me bazë dioksidi titani që, kur aplikohej, mund të kthente çdo objekt në një qelizë diellore. Ka një efikasitet mjaft të ulët (vetëm 1%), por është i lirë për t'u prodhuar dhe mund të prodhohet në vëllime të mëdha.

Në vitin 2014, shkencëtarët nga Massachusetts Instituti i Teknologjise prezantoi një metodë për prodhimin e qelizave diellore nga shtresa ultra të holla të pikave kuantike, efikasiteti i zhvillimit të tyre është 9%, dhe njohuria kryesore qëndron në teknologjinë e kombinimit të pikave kuantike në një film.

Në vitin 2015, Qendra Los Alamos për Laboratorin e Avancuar të Fotovoltaikëve Diellorë propozoi dizajnin e saj për qelizat diellore me dritare 3.2% efikase, të përbërë nga një përqendrues kuantik lumineshent transparent që mund të zërë mjaftueshëm sipërfaqe të madhe, dhe fotocelat kompakte diellore.

Por studiuesit nga Laboratori Kombëtar Amerikan i Energjisë së Rinovueshme (NREL), në kërkim të kombinimit optimal të metaleve për të prodhuar një qelizë me efikasitet maksimal kuantik, krijuan një mbajtës real rekord të performancës - efikasiteti kuantik i brendshëm dhe i jashtëm i baterisë së tyre në teste ishte 114. % dhe 130%, respektivisht.

Këta parametra nuk janë efikasiteti i baterisë, i cili tani tregon një përqindje relativisht të vogël - vetëm 4.5%, megjithatë, optimizimi i koleksionit të transmetimit të fotografive nuk ishte qëllimi kryesor i studimit, i cili konsistonte vetëm në zgjedhjen e kombinimit më efektiv të elementeve. . Megjithatë, vlen të përmendet se para eksperimentit NREL, asnjë bateri nuk kishte demonstruar një efikasitet kuantik më të madh se 100%.

Siç e shohim, fushat e mundshme të zbatimit praktik të pikave kuantike janë të gjera dhe të ndryshme zhvillimet teorike po kryhen në disa drejtime njëherësh. Futja masive e tyre në fusha të ndryshme pengohet nga një sërë kufizimesh: kostoja e lartë e prodhimit të vetë pikave, toksiciteti, papërsosmëria dhe papërshtatshmëria ekonomike e vetë teknologjisë së prodhimit.

Në të ardhmen shumë të afërt, një sistem kodimi me ngjyra dhe shënimi i bojës i bazuar në pika kuantike mund të përhapet gjerësisht. Duke kuptuar se ky vend tregu nuk është zënë ende, por është premtues dhe kërkon njohuri intensive, kompania IQDEMY, si një nga detyrat kërkimore të laboratorit të saj kimik (Novosibirsk), ka identifikuar zhvillimin e një formulimi optimal të bojës së shërueshme nga UV. dhe bojë me bazë uji që përmban pika kuantike.

Mostrat e para të printimit të marra janë mbresëlënëse dhe hapin perspektiva të mëtejshme për zhvillimin praktik të kësaj teknologjie:

Pikat kuantike dhe pse janë instaluar

• Teknologjitë kuantike,
• Monitorët dhe TV

Mirëdita, Habrazhiteliki! Mendoj se shumë njerëz kanë vënë re se reklamat për ekranet e bazuara në teknologjinë kuantike, të ashtuquajturat ekrane QD – LED (QLED), kanë filluar të shfaqen gjithnjë e më shpesh, dhe pavarësisht faktit se ky momentështë thjesht marketing. Ngjashëm me TV LED dhe Retina, kjo është një teknologji për krijimin e ekraneve LCD që përdor LED të bazuara në pika kuantike si dritë prapa.

Shërbëtori juaj i përulur vendosi të kuptojë se çfarë janë pikat kuantike dhe me çfarë përdoren ato.

Në vend të prezantimit

Spektri energjetik i një pike kuantike është diskret dhe distanca midis niveleve stacionare të energjisë të bartësit të ngarkesës varet nga madhësia e vetë pikës kuantike si - ħ/(2md^2), ku:

1. ħ - konstanta e reduktuar e Plankut;
2. d - madhësia karakteristike e pikës;
3. m është masa efektive e një elektroni në një pikë

Llojet e pikave kuantike

• pika kuantike epitaksiale;
• pika kuantike koloidale.

Dizajni me pika kuantike

Tani në lidhje me ekranet

Për të krijuar një prototip, një shtresë e zgjidhjes me pika kuantike aplikohet në një bord qarku silikoni dhe mbi të spërkatet një tretës. Pastaj një stampë gome me një sipërfaqe krehër shtypet në shtresën e pikave kuantike, ndahet dhe stampohet në xhami ose plastikë fleksibël. Kështu aplikohen shiritat e pikave kuantike në një nënshtresë. Në ekranet me ngjyra, çdo piksel përmban një nënpiksel të kuq, jeshil ose blu. Prandaj, këto ngjyra përdoren me intensitete të ndryshme për të marrë sa më shumë më shumë hije.

Hapi tjetër në zhvillim ishte botimi i një artikulli nga shkencëtarët nga Instituti Indian i Shkencës në Bangalore. Aty ku u përshkruan pikat kuantike që ndriçojnë jo vetëm në ngjyrë portokalli, por edhe në rangun nga jeshile e errët në të kuqe.

Pse LCD është më keq?

P.S. Vlen të përmendet se fusha e aplikimit të pikave kuantike nuk është e kufizuar vetëm në monitorët LED, ndër të tjera, ato mund të përdoren në transistorë me efekt në terren, fotoqeliza, dioda lazer dhe mundësia e përdorimit të tyre në mjekësi dhe llogaritje kuantike; po studiohet gjithashtu.

P.P.S. Nëse flasim për mendimin tim personal, atëherë besoj se ato nuk do të jenë të njohura për dhjetë vitet e ardhshme, jo sepse janë pak të njohur, por sepse çmimet për këto ekrane janë shumë të larta, por prapë dua të shpresoj se kuantike pikat do të gjejnë aplikimin e tyre në mjekësi dhe do të përdoren jo vetëm për të rritur fitimet, por edhe për qëllime të mira.

Etiketa:

• QLED
• LED
• Ekran kuantik

Pikat kuantike- këto janë kristale të vogla, që lëshon dritë me vlerë ngjyrash të rregullueshme saktësisht. Teknologjia kuantike LED me pika përmirëson ndjeshëm cilësinë e imazhit pa ndikuar në koston përfundimtare të pajisjeve, në teori :).

Televizorët LCD konvencionalë mund të mbulojnë vetëm 20-30% të gamës së ngjyrave që syri i njeriut mund të perceptojë. Imazhi është shumë realist, por kjo teknologji nuk është menduar për prodhim masiv diagonale të mëdha shfaq. Ata që ndjekin tregun e TV kujtojnë se në fillim të vitit 2013 Sony prezantoi të parin TV i bazuar në pika kuantike (Quantum dot LED, QLED). Prodhuesit kryesorë të televizorëve do të lëshojnë modele televizive me pika kuantike këtë vit Samsung i ka prezantuar tashmë në Rusi me emrin SUHD, por më shumë për këtë në fund të artikullit. Le të zbulojmë se si ekranet e prodhuara duke përdorur teknologjinë QLED ndryshojnë nga televizorët LCD tashmë të njohur.

Televizorëve LCD u mungojnë ngjyrat e pastra

Në fund të fundit, ekranet me kristal të lëngshëm përbëhen nga 5 shtresa: burimi është drite e bardhe, emetuar nga LED, e cila kalon nëpër disa filtra polarizues. Filtrat e vendosur në pjesën e përparme dhe të pasme, së bashku me kristalet e lëngëta, kontrollojnë fluksin e dritës që kalon, duke zvogëluar ose rritur shkëlqimin e tij. Kjo ndodh falë transistorëve pixel, të cilët ndikojnë në sasinë e dritës që kalon nëpër filtra (e kuqe, jeshile, blu). Ngjyra e krijuar e këtyre tre nënpikselave, mbi të cilat aplikohen filtrat, jep një vlerë të caktuar ngjyre të pikselit. Përzierja e ngjyrave ndodh mjaft mirë, por është thjesht e pamundur të marrësh të kuqe, jeshile ose blu të pastër në këtë mënyrë. Blloku i pengimit janë filtrat që transmetojnë jo vetëm një valë me një gjatësi të caktuar, por një seri të tërë valësh me gjatësi të ndryshme. Për shembull, drita portokalli gjithashtu kalon përmes një filtri të kuq.

Një LED lëshon dritë kur aplikohet tension në të. Për shkak të kësaj, elektronet (e) transferohen nga materiali i tipit N në materialin e tipit P. Materiali i tipit N përmban atome me një numër të tepërt elektronesh. Materiali i tipit P përmban atome që u mungojnë elektronet. Kur elektronet e tepërta hyjnë në këtë të fundit, ato lëshojnë energji në formën e dritës. Në një kristal gjysmëpërçues konvencional, kjo është zakonisht dritë e bardhë e prodhuar nga shumë gjatësi vale të ndryshme. Arsyeja për këtë është se elektronet mund të jenë në nivele të ndryshme energjetike. Si rezultat, fotonet që rezultojnë (P) kanë energji të ndryshme, gjë që rezulton në gjatësi vale të ndryshme të rrezatimit.

Stabilizimi i dritës me pika kuantike

NË TV QLED Pikat kuantike veprojnë si një burim drite - këto janë kristale vetëm disa nanometra në madhësi. Në këtë rast, nuk ka nevojë për një shtresë me filtra drite, pasi kur u aplikohet tension, kristalet lëshojnë gjithmonë dritë me një gjatësi vale të përcaktuar qartë, dhe për rrjedhojë vlerën e ngjyrës. Ky efekt arrihet nga madhësia e vogël e një pike kuantike, në të cilën një elektron, si në një atom, është në gjendje të lëvizë vetëm në një hapësirë ​​të kufizuar. Ashtu si në një atom, elektroni i një pike kuantike mund të zërë vetëm nivele të përcaktuara rreptësisht të energjisë. Për shkak të faktit se këto nivele të energjisë varen edhe nga materiali, bëhet e mundur që në mënyrë specifike të akordohen vetitë optike të pikave kuantike. Për shembull, për të marrë ngjyrën e kuqe, përdoren kristale nga një aliazh kadmiumi, zinku dhe seleniumi (CdZnSe), madhësia e të cilit është rreth 10-12 nm. Kadmiumi dhe aliazh selen i përshtatshëm për të verdhë, jeshile dhe ngjyrat blu, kjo e fundit mund të merret edhe duke përdorur nanokristale nga një përbërje zink-squfuri me madhësi 2–3 nm.

Prodhim ne mase kristale blu shumë kompleks dhe i shtrenjtë, kështu që TV i paraqitur nga Sony në 2013 nuk është një "race e pastër" TV QLED bazuar në pika kuantike. Në pjesën e pasme të ekraneve që prodhojnë është një shtresë LED blu, drita e të cilave kalon përmes një shtrese nanokristalesh të kuqe dhe jeshile. Si rezultat, ata në thelb zëvendësojnë filtrat e zakonshëm të dritës. Falë kësaj, gamë e ngjyrave rritet me 50% në krahasim me televizorët LCD konvencionalë, por nuk arrin nivelin e një ekrani "të pastër" QLED. Këto të fundit, përveç një gamë më të gjerë ngjyrash, kanë edhe një avantazh tjetër: kursejnë energji, pasi nuk ka nevojë për një shtresë me filtra drite. Falë kësaj, merr edhe pjesa e përparme e ekranit në TV QLED më shumë dritë, sesa në televizorët konvencionalë, të cilët transmetojnë vetëm rreth 5% të fluksit të dritës.

TV QLED me ekran me pika kuantike nga Samsung

Samsung Electronics prezantoi në Rusi televizorë premium të bërë duke përdorur teknologjinë kuantike të pikave. Produktet e reja me një rezolucion prej 3840 × 2160 piksele nuk ishin të lira, dhe modeli kryesor ishte me çmim 2 milion rubla.

Inovacionet. Televizorët e lakuar Samsung SUHD të bazuara në pika kuantike ndryshojnë nga modelet e zakonshme LCD në performancën më të lartë të ngjyrave, kontrastin dhe karakteristikat e konsumit të energjisë. Motori i integruar SUHD Remastering ju lejon të përmirësoni përmbajtjen video me rezolucion të ulët në 4K. Përveç kësaj, televizorët e rinj morën funksionet e ndriçimit inteligjent Peak Illuminator dhe Precision Black, teknologjinë Nano Crystal Color (përmirëson ngopjen dhe natyralitetin e ngjyrave), Dimming UHD (siguron kontrast optimal) dhe Auto Depth Enhancer (rregullon automatikisht kontrastin për zona të caktuara të figurës). NË bazën e programit Televizorët bazohen në sistemin operativ Tizen me platformën e përditësuar të TV Smart Samsung.

Çmimet. Familja Samsung SUHD TV prezantohet në tre episode(JS9500, JS9000 dhe JS8500), ku kostoja fillon nga 130 mijë rubla. Kjo është sa do t'u kushtojë blerësve rusë modeli 48-inç UE48JS8500TXRU. Çmimi maksimal për një televizor me pika kuantike arrin 2 milion rubla - për modelin UE88JS9500TXRU me një ekran të lakuar 88 inç.

Televizorët e gjeneratës së re që përdorin teknologjinë QLED po përgatiten nga Samsung Electronics dhe LG Electronics nga Koreja e Jugut, TCL dhe Hisense kineze dhe Sony japoneze. Ky i fundit ka nxjerrë tashmë televizorë LCD të prodhuar duke përdorur teknologjinë kuantike dot, të cilën e përmenda në përshkrimin e teknologjisë Quantum dot LED.