Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
TEM микрофотография 7 нм коллойдных квантовых точек из PbSe. (источник: University of Rochester)
Квантовая точка в виде пирамиды из InAs на подложке GaAs. (источник: University of Newcastle: Condensed Matter Group)
a) Обнаружение аналита за счёт подавление флюоресценции квантовой точки (красный кружок) после закрепления аналита (черные частицы) на поверхности квантовой точки. b) Передача энергии посредством флуоресцентного резонанса (FRET) происходит при связывание соответствующего органического флуорофора (зеленые частицы) как акцептора к поверхности донорной квантовой точки. FRET прекращается, при замене флуюорофора на аналит. c) Определенные клеточные рецепторы (черные прямоугольники) могут быть помечены КТ, модифицированными соответствующими молекулами-лигандами. d) Если клетка (серая) в пределах колонии помечена квантовыми точками, то это даёт возможность квантовым точкам переходить к дочерним клеткам, а также позволяет проследить судьбу данной клетки. (источник: Royal Society of Chemistry)

Квантовые точки готовы к выходу в свет

Ключевые слова:  FRET, аналитическая химия, квантовые точки, люминесценция, нанотехнология, низкоразмерные структуры, периодика, самосборка

Опубликовал(а):  Кушнир Сергей Евгеньевич

05 мая 2007

Квантовые точки (КТ) это искусственные наноструктуры, свойства которых зависят как от материала, из которого они сделаны, так и от их формы. Из-за своих специфических электронных свойств КТ могут использоваться в одноэлектронных транзисторах. Поскольку некоторые биологические молекулы способны к распознаванию и самосборке на молекулярном уровне, то квантовые точки могут стать важной составляющей самособирающихся наноустройств. Кроме того, атомоподобные энергетические состояния КТ приводят к зависимости длины волны флюоресценции от размера частицы. Коллоидные КТ нашли широкое применение в биоаналитике и боимаркировке.

Хотя первое поколение квантовых точек и показало свой потенциал, всё же потребуются большие усилия для улучшения их свойств, особенно коллоидной стабильности в соляных растворах. Первоначально, КТ использовались в очень специфических средах, и просто выпадали в осадок в «реальных» образцах, типа крови. Эти проблемы были решены, и КТ готовы к первым испытаниям на деле.

«Благодаря своим свойствам, КТ особенно интересны при конструировании более миниатюрных и быстрых устройств или многофункциональных материалов в наномасштабе» - объясняет доктор Волфганг Парак (Wolfgang Parak). «Молекулярное распознавание – реализация принципа "ключ/замок" на молекулярном уровне: молекулы-рецепторы («замок») распознают определённую молекулу-лиганд («ключ») с очень высокой селективностью. Таким образом, только соответствующий лиганд свяжется со своим рецептором». «Для этого каждый блок необходимо модифицировать молекулами-лигандами» - говорит Парак. «Затем образовавшийся блок-лиганд будет занимать позицию, в которой расположена соответствующая молекула-рецептор. Таким образом, возможны три варианта применения:

1) сборка новых многофункциональных блоков из нескольких базовых блоков, связанных взаимодействием рецептор-лиганд;

2) упорядочение блоков-лигандов на поверхности, покрытой молекулами-рецепторами;

3) маркировка определённых биорецепторов блоками-лигандами».

В статье-обзоре в журнале The Journal of Materials Chemistry Парак, который возглавляет группу исследований наноматериалов на факультете физики университета Ludwig-Maximilians в Мюнхене (the Physics Department at The Ludwig-Maximilians University in Munich, Germany), совместно с учёными из Испании и Tайваня обобщил применение квантовых точек в биоаналитике и биомаркировке.

Под действием света происходит возбуждение коллоидальных КТ и генерация электронно-дырочных пар, во время рекомбинации которых испускается флуоресцентное свечение. Из-за малых размеров КТ квантовые эффекты играют в них очень важную роль, это приводит к зависимости длины волны флуоресценции от размера КТ. Уменьшение размеров частицы приводит к смещению флуоресцентного излучения в фиолетовую область. Таким образом, КТ различных размеров дают весь спектр видимого и инфракрасного диапазона.

В отличие от органических флуорофоров, коллоидные КТ представляют собой неорганические полупроводниковые наночастицы, что даёт им ряд преимуществ:

  • их эмиссионные спектры достаточно узкие и симметричные, и в них не проявляется эффект «красного хвоста» (red-tail);
  • время их флуоресценции выше (хотя всё ещё составляет считанные наносекунды), а эффект фотообесцвечивания (photobleaching) подавлен.

Скорее всего, КТ не заменят органические флуорофоры, но будут основным люминофором в определённых областях применения. В частности, КТ могли бы активно использоваться при трассировки отдельных молекул (single molecule tracing), в иммунологическом анализе, основанном на FRET (fluorescence resonance energy transfer), или при изучении клеток в тканях.

КТ также можно использовать в аналитической химии.

При протекании реакции КТ с анализируемым веществом, изменяются их флуюресцентные свойства, это и позволяет определять наличие аналита. Не смотря на всю простоту технологии, чувствительность КТ ограничена несколькими молекулами или ионами, которые смогут вступить в реакцию непосредственно с поверхностью КТ. Более того, подобные реакции не достаточно селективны, а также сильно зависят от свойств поверхности КТ.

«Нам кажется, что КТ как активные элементы в сенсорах не найдут широкого промышленного применения», - предсказывает Парак. «Более многообещающим является использование КТ в качестве пассивных меток в детектировании, особенно в анализах, основанных на FRET».

При исследованиях по принципу пассивных меток, определённые рецепторные молекулы, такие как антитела, присоединяют к поверхности КТ. На первом шаге антитела захватываются поверхностью, к которой добавляется аналит. На втором шаге помеченные КТ антитела используются для визуальной и количественной оценки связанного аналита. Это позволяет осуществлять иммунологические исследования.

Парак считает, что КТ обладают огромным потенциалом в клеточной маркировке. Отдельные молекулы могут быть «помечены» флюоресценцией КТ, что позволит проследить движение индивидуальных мембранных белков. Кроме того, целые клеточные структуры, такие как ДНК, могут быть «помечены» КТ, которые можно использоваться как флуоресцентные in situ маркеры.

«В настоящее время синтез квантовых точек в органических растворителях хорошо налажен, так что возможно варьировать размер, форму, и даже состав КТ», - говорит Парак. «Однако, всё ещё остаются некоторые проблемы, которые требуют решения. Одина из них - потенциальная цитотоксичность, особенно у кадмий содержащих материалов".

Обезопасить ядовитые кадмиевые частицы можно с помощью дополнительных защитных оболочек. Парак предполагает, что в будущем будут созданы КТ, не содержащие кадмий и, более того, более биологически совместимые. Такими КТ могут стать допированные ZnSe частицы.

"Есть еще множество возможностей для дальнейшего развития во всех указанных направлениях", - заключает Парак.


В статье использованы материалы: Nanowerk, OEmagazine, QCADesigner, The Journal of Materials Chemistry


Средний балл: 10.0 (голосов 2)

 



Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Опал наизнанку
Опал наизнанку

На XXI Менделеевском съезде награждены выдающиеся ученые-химики
11 сентября 2019 года в Санкт-Петербурге на XXI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии объявлены победители премии выдающимся российским ученым в области химии. Премия учреждена Российским химическим обществом им. Д.И.Менделеева совместно с компанией Elsevier с целью продвижения и популяризации науки, поощрения выдающихся ученых в области химии и наук о материалах.

Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых
Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых. Об этом премьер-министр РФ Дмитрий Медведев сообщил, открывая встречу с нобелевскими лауреатами, руководителями химических обществ, представителями международных и российских научных организаций.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Синтез “перламутровых” нанокомпозитов с помощью бактерий. Оптомагнитный нейрон.Устойчивость азотных нанотрубок. Электронные характеристики допированных фуллереновых димеров.

Люди, создающие новые материалы: от поколения X до поколения Z
Е.В.Сидорова
Самые диковинные экспонаты научной выставки, организованной в Москве в честь Международного года Периодической таблицы химических элементов в феврале 2019 г., можно было рассмотреть только "вооруженным глазом»: Таблица Д.И.Менделеева размером 5.0 × 8.7 мкм и нанопортрет первооткрывателя периодического закона великолепно демонстрировали возможности динамической АСМ-литографии на сканирующем зондовом микроскопе. Миниатюрные произведения представили юные участники творческих конкурсов XII Всероссийкой олимпиады по нанотехнологиям, когда-то задуманной академиком Ю.Д.Третьяковым — основателем факультета наук о материалах (ФНМ) Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова. О том, как подобное взаимодействие со школьниками и студентами помогает сохранить своеобразие факультета и почему невозможно воплощать идею междисциплинарного естественнонаучного образования, относясь к обучению как к конвейеру, редактору журнала «Природа» рассказал заместитель декана ФНМ член-корреспондент РАН Е.А.Гудилин.

Как наночастицы применяются в медицине?
А. Звягин
В чем преимущества наночастиц? Как они помогают ученым в борьбе с раком? Биоинженер Андрей Звягин о наночастицах в химиотерапии, имиджинговых системах и борьбе с раком кожи.

Медицинская керамика: какими будут имплантаты будущего?
В.С. Комлев, Д. Распутина
Почему керамические изделия применяются в хирургии? Какие технологии используются для создания имплантатов? Материаловед Владимир Комлев о том, почему керамика используется в медицине, как на ее основе создаются имплантаты и какие перспективы у биоинженерии

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.