Модерен святпълен с всякаква информация. Хората се интересуват особено от областта на медицинските открития. Често можете да чуете за такова прекрасно устройство като очилата на Панков. Отзивите на много практикуващи са доста обнадеждаващи, но има и не толкова розови впечатления, както обещава рекламата на устройството. Какво представляват чудотворните очила и каква е същността на тяхното използване в областта на възстановяването на зрението на възрастни и деца?

Метод на въздействие върху очите на квантовите очила на професор Панков

Същността на иновативния метод за лечение на очите на Панков е да се възстанови зрението чрез въздействие върху ретината на окото с цветно лъчение. Структурата на човешкото око е такава, че различава цветовете според импулса на мозъка към определени нервни окончания. Когато различни цветни лъчения въздействат върху очите с бързи темпове, всички тъкани и нервни окончания се възбуждат, кръвоснабдяването се подобрява и тези области, които изглежда вече не изпълняват функцията си, се ревитализират.

Новият апарат, използван в много медицински центрове за възстановяване на зрението, има положителни отзиви. Очилата на Панков, според много експерти в областта на офталмологията и цветотерапията, заслужават вниманието на онези хора, които губят зрението си или имат странични ефектиот работа с компютър.

В основата си квантовите очила на Панков са тренировъчен стимулатор, който подобрява физиологичното предназначение на всеки компонент от очния апарат. Много мнения днес са фокусирани около темата какво представляват квантовите очила на Панков. Отзивите са едновременно ласкави и отрицателни.

Къде мога да получа подробна информация за устройството Панков?

Преди проектът на устройството да бъде одобрен и разрешен за масово производство за използване в медицинската сфера за лечение на зрението на хората, авторът професор Панков написа интересна работа на тема възможността за възстановяване на зрението именно чрез излагане на очите към всички нюанси на дъгата.

Как изглеждат очилата Pankov, прегледите на това устройство могат да бъдат намерени без проблеми. Но при противоречива информация от различни продавачи не винаги е възможно да се разбере конкретно какво третира това устройство и как да се използва. Ето защо в повечето случаи тези, които наистина се нуждаят от помощ за възстановяване на зрението си, се обръщат за обяснения към книгата на професора, описваща физиологично значениевсеки цвят - "Дъга на прозрението". Очилата на Панков, рецензиите за тях са пряко свързани с книгата.

Днес пазарът на медицински изделия е пълен с фалшификати, инструкциите за продаваните изделия почти във всеки втори случай включват описания от авторския източник, но те не са съвсем конкретни по отношение на тяхното приложение в практиката.

Книгата описва методи за въздействие върху осветлението, което представлява загряване. Но не винаги упражненията, като гледане на риби в аквариум с цветно осветление, дават ефект. Но заслужено признание заради ритъма на работата си получи създаденото от автора устройство - очилата на професор Панков. Прегледите, разбира се, не могат да дадат подробен отговор за ефективността на устройството. За да получите надеждна оценка на очилата за възстановяване на зрението, трябва да знаете и мнението на професионалните офталмолози.

Без назначаване на офталмолог, устройството не се използва на практика. Ефектът от него може да бъде оценен професионално само от специалист.

Ефектът на очилата върху възстановяването на зрението

Очилата на Панков влияят на очите по следния начин:

  • поради подадените светлинни сигнали се масажират очните мускули; премахва се спазъмът на зеницата, която по време на тренировка или се стеснява, или се разширява;
  • поради ритмичната работа на очния апарат се подобрява изтичането на вътреочната течност и предната камера на окото получава колебания в дълбочината на възприятието на изображението;
  • мускулното съкращение подобрява кръвообращението, поради което в ретината на окото възниква ефективна микроциркулация, подобрява се храненето на всички тъкани и следователно се подобрява зрителното възприятие.

В повечето случаи очилата на Панков заслужават положителна обратна връзка, когато се използват като симулатор за профилактика на неразвити очни заболявания, както и за обучение на зрението на хора, чиято професионална сфера на дейност е свързана с голямо натоварване на зрението: компютърни специалисти, счетоводители, касиери, изследователи, пилоти.

Очилата на Панков се предписват от офталмолог при начална степен на катаракта, астенопия, амблиопия, прогресираща миопия, глаукома, страбизъм, миопия, напреднала далекогледство, дистрофия на ретината.

Въз основа на положителни отзиви, очилата Pankov се препоръчват и за предотвратяване на усложнения в следоперативния период, ако е извършена операция в областта на очите.

Фактори, които определят използването на очила

  • Анализирайки всички прегледи, очилата на Панков трябва да се използват като симулатор за офис служители, които всъщност нямат прекъсвания в работата си, докато обработват данни на компютърно оборудване.
  • Положително за устройствата говорят и ученици, които трябва да напрягат зрението си, докато четат книги.
  • Очилата на Панков са полезни и за тези, които вместо обикновени очила слагат модерни лещи, от които очите им се уморяват и често се зачервяват.
  • В много ситуации офталмологът предписва обучение с устройството, ако е сигурен в заплахата от развитие на определено очно заболяване.
  • Използването на апарата е особено полезно при диагноза, поставена от специалист – акомодационен спазъм.

Възможни противопоказания за използване на иновативен симулатор за зрение

Не е разрешено използването на апарата Панков при тежки възпалителни процеси на очите, психични заболявания, онкология, заболявания на централната нервна система, бременност, тежки форми диабет, белодробна туберкулоза, възстановяване от инфаркт или инсулт и не се препоръчва за деца под три години.

Всички плюсове и минуси на използването на устройството за възстановяване на зрението

Както бе споменато по-горе, мнозина, които са се сблъскали с очилата на Панков на практика, отбелязват положителен ефект след преминаване на курс на лечение под наблюдението на офталмолог. Брой пациенти детствов общото съотношение надвишава броя на пациентите от средните и възрастните възрастови категории. Практиката показва важността на корекцията в ранна възраст.

Хората, които решат да използват устройството без лекарско предписание, не могат да оценят ефекта професионално, поради което има много негативни отзиви, които свързват това откритие с нищо повече от шарлатанство.

Съвети от професионални офталмолози за използването на очила Pankow

Всеки офталмолог, преди да предпише курс на лечение с очила на Панков, винаги поставя ясна диагноза преди това. Устройството може да не даде положителни промени за подобряване на състоянието на зрението, ако заболяването е твърде напреднало. Очилата на Pankow могат да се използват само след лечение с лекарства, след отстраняване на възпалението.

Къде мога да купя очила Панков?

Това, което точно не трябва да се прави, въз основа на горното, е да закупите устройството чрез онлайн магазини. Причината за това е, че има много фалшификати на ефективни медицински апарати много реклами.

Освен това рекламата на устройството в по-голяма степен фокусира вниманието на купувача не върху неговата учебна цел, а върху лечебни свойства. Очилата на Панков се предлагат особено активно в сайтовете на мегаполисите. Така например беше направена оценка на мненията за това устройство на жителите на Санкт Петербург, които си направиха труда да го закупят чрез виртуални продавачи и да го тестват на практика. Ако проучите тези ревюта, очилата на Панков (Санкт Петербург не е единственият регион, чиито жители паднаха за триковете на рекламодателите) предизвикаха много негативни характеристики и недоверие към тази иновация.

Така че си струва да възстановите зрението си, като посетите офталмолог и ако купите устройство, тогава само по препоръка на компетентен лекар, който със сигурност няма да ви посъветва лошо.

« квантови точкиса изкуствени атоми, чиито свойства могат да бъдат контролирани»

Ж.И. Алферов, носител на Нобелова награда за 2000 г. по физика за разработване на полупроводникови хетероструктури за високоскоростна и оптоелектроника

Квантовите точки (КТ) са изолирани нанообекти, чиито свойства се различават значително от тези на насипен материал със същия състав. Веднага трябва да се отбележи, че квантовите точки са по-скоро математически модел, отколкото реални обекти. И това се дължи на невъзможността да се формира напълно изолирани структури - малките частици винаги взаимодействат с околната среда, като са в течна среда или твърда матрица.

Да разберем какво представляват квантовите точки и да ги разберем електронна структураПредставете си древногръцкия амфитеатър. Сега си представете, че на сцената се разгръща завладяващо представление и публиката е пълна с хора, дошли да гледат играта на актьорите. Така се оказва, че поведението на хората в театъра в много отношения е подобно на поведението на електроните с квантова точка (QD). По време на представлението актьорите се движат из арената, без да напускат залата, а самата публика следи действието от местата си и не слиза на сцената. Арената са по-ниските запълнени нива на квантовата точка, а редовете на публиката са възбудени електронни нива с по-висока енергия. В същото време, както зрителят може да бъде на всеки ред в залата, така и електронът е в състояние да заеме всяко енергийно ниво на квантовата точка, но не може да бъде разположен между тях. Купувайки билети за представлението на касата, всеки се опита да извлече максимума най-добрите места- възможно най-близо до сцената. Наистина, добре, кой иска да седне на последния ред, откъдето дори не можете да видите лицето на актьора с бинокъл! Следователно, когато публиката седне преди началото на представлението, всички долни редове на залата са запълнени, точно както в неподвижното състояние на QD, който има най-ниска енергия, по-ниската енергийни ниванапълно заети от електрони. По време на представлението обаче някой от зрителите може да напусне мястото си, например, защото музиката на сцената свири твърде силно или просто неприятен съсед се е хванал и да се прехвърли на свободен горен ред. Ето как един електрон в квантова точка под действието на външно действие е принуден да се премести на по-високо енергийно ниво, незаето от други електрони, което води до образуване на възбудено състояние на квантова точка. Сигурно се чудите какво се случва с това празно място на енергийното ниво, където преди е бил електронът – така наречената дупка? Оказва се, че чрез зарядни взаимодействия електронът остава свързан с него и може да се върне във всеки един момент, както зрителят, който е продължил, винаги може да промени решението си и да се върне на мястото, посочено в билета му. Двойка "електронна дупка" се нарича "екситон" от английска дума„възбуден“, което означава „вълнуван“. Миграцията между енергийните нива на QD, подобно на издигането или спускането на един от зрителите, е придружена от промяна в енергията на електрона, което съответства на поглъщането или излъчването на светлинен квант (фотон), когато електронът преминава съответно на по-високо или по-ниско ниво. Поведението на електроните в квантовата точка, описано по-горе, води до дискретен енергиен спектър, нехарактерен за макрообектите, за които КТ често се наричат ​​изкуствени атоми, в които нивата на електроните са дискретни.

Силата (енергията) на връзката между дупка и електрон определя радиуса на екситона, който е характерна величина за всяко вещество. Ако размерът на частиците е по-малък от радиуса на екситона, тогава екситонът се оказва ограничен в пространството от неговия размер и съответната енергия на свързване се променя значително в сравнение с обемното вещество (вижте "ефект на квантовия размер"). Не е трудно да се предположи, че ако енергията на екситона се промени, тогава се променя и енергията на фотона, излъчван от системата при прехода на възбудения електрон към първоначалното му място. По този начин, чрез получаване на монодисперсни колоидни разтвори на наночастици с различни размери, е възможно да се контролират енергиите на прехода в широк диапазон от оптичния спектър.

Първите квантови точки бяха метални наночастици, които бяха синтезирани обратно древен Египетза оцветяване на различни стъкла (между другото, рубинените звезди на Кремъл са получени по подобна технология), въпреки че по-традиционните и широко известни КТ са GaN полупроводникови частици, отгледани върху субстрати и колоидни разтвори на нанокристали CdSe. IN понастоящемима много начини за получаване на квантови точки, например те могат да бъдат "изрязани" от тънки слоеве полупроводникови "хетероструктури" с помощта на "нанолитография", или те могат да бъдат спонтанно образувани под формата на наноразмерни включвания на полупроводникови материални структури от един тип в матрица на друг. С помощта на метода на "молекулярно-лъчева епитаксия" със значителна разлика в параметрите на единичната клетка на субстрата и отложения слой е възможно да се постигне растеж на пирамидални квантови точки върху субстрата, за изследване на свойствата от които акад. Ж. И. Алферов е удостоен с Нобелова награда. Чрез контролиране на условията на процесите на синтез е теоретично възможно да се получат квантови точки с определени размери с желани свойства.

Квантовите точки са все още „млад” обект на изследване, но широките перспективи за тяхното използване в дизайна на лазери и дисплеи от ново поколение вече са съвсем очевидни. Оптичните свойства на КТ се използват в най-неочаквани области на науката, в които са необходими регулируеми луминесцентни свойства на материала, например в медицински изследвания е възможно да се „осветяват“ болни тъкани с тяхна помощ. Хората, които мечтаят за "квантови компютри", виждат квантовите точки като обещаващи кандидати за изграждане на кубити.

литература

Н. Кобаяши. Въведение в нанотехнологиите. М.: БИНОМ. Лаборатория на знанията, 2007, 134 с.

В.Я. Демиховски, G.A. Вугалтер Физика на квантовите нискоразмерни структури. М.: Логос, 2000.

Многобройни спектроскопски методи, които се появяват през втората половина на 20-ти век - електронна и атомно-силова микроскопия, спектроскопия на ядрено-магнитен резонанс, мас спектрометрия - изглежда отдавна са изпратили традиционната оптична микроскопия в пенсия. Въпреки това, умелото използване на феномена флуоресценция повече от веднъж удължи живота на "ветерана". Тази статия ще говори за квантови точки(флуоресцентни полупроводникови нанокристали), които вдъхнаха нови сили в оптичната микроскопия и направиха възможно да се погледне отвъд прословутата граница на дифракция. Уникалните физически свойства на квантовите точки ги правят идеални за ултрачувствителна многоцветна регистрация на биологични обекти, както и за медицинска диагностика.

Работата дава идеи за физически принципиопределящ уникални свойстваквантови точки, основните идеи и перспективи за използване на нанокристалите и говори за вече постигнатите успехи в приложението им в биологията и медицината. Статията се основава на резултатите от изследвания, проведени в последните годинив Лабораторията по молекулярна биофизика на Института по биоорганична химия. ММ Шемякин и Ю.А. Овчинников заедно с университета в Реймс и Беларус държавен университетнасочени към разработване на биомаркерна технология от ново поколение за различни области на клиничната диагностика, включително рак и автоимунни заболявания, както и към създаване на нови видове наносензори за едновременно записване на много биомедицински параметри. Оригиналната версия на произведението е публикувана в The Nature; До известна степен статията се основава на втория семинар на Съвета на младите учени на IBCh RAS. - Ед.

Част I, теоретична

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

Намаляването на размера на частиците води до проява на много необичайни свойства на материала, от който е направен. Причината за това са квантово-механичните ефекти, които възникват, когато движението на носителите на заряд е пространствено ограничено: енергията на носителите в този случай става дискретна. А броят на енергийните нива, както учи квантовата механика, зависи от размера на "потенциалния кладенец", височината на потенциалната бариера и масата на носителя на заряда. Увеличаването на размера на „кладенеца” води до увеличаване на броя на енергийните нива, които в същото време се доближават едно до друго, докато се слеят, а енергийният спектър става „непрекъснат” (фиг. 1). Движението на носителите на заряд може да бъде ограничено по една координата (образувайки квантови филми), по две координати (квантови проводници или нишки) или по всички три посоки - те ще бъдат квантови точки(CT).

Полупроводниковите нанокристали са междинни структури между молекулярните клъстери и "твърдите" материали. Границите между молекулярни, нанокристални и твърди материали не са добре дефинирани; обаче диапазонът от 100 ÷ 10 000 атома на частица може да се счита грубо за „горната граница“ на нанокристалите. Горната граница съответства на размерите, за които интервалът между енергийните нива надвишава енергията на топлинните вибрации kT (ке константата на Болцман, т- температура), когато носителите на заряд стават мобилни.

Естествената скала на дължината за електронно възбудени области в "непрекъснати" полупроводници се определя от радиуса на екситона на Бор а х, което зависи от силата на кулоновото взаимодействие между електрона ( д) И дупка (з). В нанокристалите от порядъка a x собствен размерзапочва да влияе върху конфигурацията на двойката д-ча оттам и размера на екситона. Оказва се, че в този случай електронните енергии се определят директно от размера на нанокристала – това явление е известно като „ефект на квантовото ограничение”. Използвайки този ефект, човек може да контролира междинната лента на нанокристалите ( напр), просто чрез промяна на размера на частиците (Таблица 1).

Уникални свойства на квантовите точки

Като физически обект квантовите точки са познати от дълго време, като една от формите, които се развиват интензивно днес. хетероструктури. Характеристика на квантовите точки под формата на колоидни нанокристали е, че всяка точка е изолиран и подвижен обект в разтворител. Такива нанокристали могат да се използват за изграждане на различни асоциати, хибриди, подредени слоеве и др., на базата на които елементи на електронни и оптоелектронни устройства, сонди и сензори за анализи в микрообеми на вещество, различни флуоресцентни, хемилуминесцентни и фотоелектрохимични наномащабни сензори са конструирани.

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

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

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

Фигура 3. Свойства на квантовите точки от различни материали. по-горе:Флуоресцентни диапазони на нанокристали, изработени от различни материали. отдолу:Квантовите точки на CdSe с различни размери покриват целия видим диапазон от 460–660 nm. Долу вдясно:Схема на стабилизирана квантова точка, където "ядрото" е покрито с полупроводникова обвивка и защитен полимерен слой.

Технология на производство

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

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

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

Бариери пред практическото приложение

Редица ограничения пречат на практическото приложение на нанокристали от полупроводници от групи II–VI. Първо, квантовият добив на тяхната луминесценция зависи значително от свойствата на околната среда. Второ, стабилността на "ядрата" на нанокристалите във водни разтвори също е ниска. Проблемът се крие в повърхностните "дефекти", които играят ролята на нерадиационни рекомбинационни центрове или "капани" за възбудени д-чпара.

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

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

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

Флуорофори в медицината и биологията

Уникалните свойства на QD позволяват използването им в почти всички системи за етикетиране и визуализация на биологични обекти (с изключение само на флуоресцентни вътреклетъчни етикети, експресирани генетично - широко известни флуоресцентни протеини).

За да се визуализират биологични обекти или процеси, КТ могат да бъдат инжектирани в обекта директно или с „прикрепени“ разпознаващи молекули (обикновено антитела или олигонуклеотиди). Нанокристалите проникват и се разпределят в целия обект в съответствие с техните свойства. Например, нанокристали с различни размери проникват в биологичните мембрани по различни начини и тъй като размерът определя цвета на флуоресценцията, различните области на обекта също се оказват оцветени по различен начин (фиг. 5), . Наличието на разпознаващи молекули на повърхността на нанокристалите прави възможно осъществяването на целево свързване: желаният обект (например тумор) се оцветява с даден цвят!

Фигура 5. Оцветяващи обекти. Наляво:многоцветно конфокално флуоресцентно изображение на разпределението на квантовите точки на фона на микроструктурата на клетъчния цитоскелет и ядрото в клетъчната линия THP-1 на човешки фагоцити. Нанокристалите остават фотостабилни в клетките най-малко 24 часа и не причиняват увреждане на структурата и функцията на клетките. На дясно:натрупване на нанокристали, "омрежени" с RGD пептида в туморната област (стрелка). Вдясно - контрола, въведени нанокристали без пептид (CdTe нанокристали, 705 nm).

Спектрално кодиране и "течни микрочипове"

Както вече споменахме, пикът на флуоресценция на нанокристалите е тесен и симетричен, което дава възможност за надеждно изолиране на флуоресцентния сигнал на нанокристали с различни цветове (до десет цвята във видимия диапазон). Напротив, лентата на абсорбция на нанокристалите е широка, тоест нанокристалите от всички цветове могат да бъдат възбудени от един източник на светлина. Тези свойства, както и тяхната висока фотостабилност, правят квантовите точки идеални флуорофори за многоцветно спектрално кодиране на обекти – подобно на баркод, но използващи многоцветни и „невидими“ кодове, които флуоресцират в инфрачервената област.

Понастоящем все по-често се използва терминът „течни микрочипове“, който, подобно на класическите плоски чипове, където откриващите елементи са разположени на равнина, може да се използва за анализ на множество параметри едновременно с помощта на микрообеми на пробата. Принципът на спектрално кодиране с помощта на течни микрочипове е илюстриран на Фигура 6. Всеки елемент на микрочипа съдържа определен брой КТ с определени цветове, като броят на кодираните варианти може да бъде много голям!

Фигура 6. Принципът на спектралното кодиране. Наляво:"обикновен" плосък микрочип. На дясно:"течен микрочип", всеки елемент от който съдържа определен брой CT с определени цветове. В ннива на интензитет на флуоресценция и мцветове, теоретичният брой на кодираните варианти е n m-1. Така че за 5–6 цвята и 6 нива на интензитет това ще бъде 10 000–40 000 опции.

Такива кодирани микроелементи могат да се използват за директно етикетиране на всякакви обекти (например ценни книжа). Вградени в полимерни матрици, те са изключително стабилни и издръжливи. Друг аспект на приложението е идентифицирането на биологични обекти при разработването на методи за ранна диагностика. Методът за индикация и идентификация се състои във факта, че към всеки спектрално кодиран елемент на микрочипа е прикрепена специфична молекула за разпознаване. Разтворът съдържа втора разпознаваща молекула, към която е "пришит" сигналния флуорофор. Едновременната поява на флуоресценция на микрочип и сигнален флуорофор показва наличието на изследвания обект в анализираната смес.

Проточната цитометрия може да се използва за анализ на кодирани микрочастици в движение. Разтвор, съдържащ микрочастици, преминава през канал, облъчен от лазер, където всяка частица се характеризира спектрално. софтуерУстройството ви позволява да идентифицирате и характеризирате събития, свързани с появата на определени съединения в пробата - например маркери за рак или автоимунни заболявания.

В бъдеще, на базата на полупроводникови флуоресцентни нанокристали, могат да бъдат създадени микроанализатори за едновременна регистрация на огромен брой обекти наведнъж.

Молекулни сензори

Използването на КТ като сонди дава възможност за измерване на параметрите на средата в локални области, чийто размер е сравним с размера на сондата (нанометрова скала). Работата на такива измервателни уреди се основава на използването на ефекта на резонансния пренос на енергия на Фьорстер (FRET). Същността на ефекта FRET е, че когато два обекта се приближават един към друг (донор и акцептор) и се припокриват флуоресцентен спектърпърви оттогава абсорбционен спектървторо, енергията се пренася нерадиативно - и ако акцепторът може да флуоресцира, той ще свети с отмъщение.

Вече писахме за ефекта FRET в статията „ Ролетка за спектроскоп » .

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

  1. Възможността за избор на дължината на вълната на излъчване с висока точност за получаване на максимално припокриване на емисионните спектри на донора и възбуждането на акцептора.
  2. Възможност за възбуждане на различни КТ от една дължина на вълната на един източник на светлина.
  3. Възможност за възбуждане в спектралната област, далеч от дължината на вълната на излъчване (разлика >100 nm).

Има две стратегии за използване на ефекта FRET:

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

Този подход направи възможно прилагането на наномащабни сензори за измерване на pH и концентрацията на метални йони в локална област на пробата. Чувствителният елемент в такъв сензор е слой от индикаторни молекули, които променят своите оптични свойства, когато се свързват с регистрирания йон. В резултат на свързването се променя припокриването на флуоресцентните спектри на КТ и абсорбцията на индикатора, което също променя ефективността на преноса на енергия.

Подход, който използва конформационни промени в системата донор-акцептор, се прилага в наномащабен температурен сензор. Действието на сензора се основава на промяната на температурата във формата на полимерната молекула, която свързва квантовата точка и акцептора – гасител на флуоресценцията. При промяна на температурата се променя както разстоянието между гасителя и флуорофора, така и интензитета на флуоресценцията, от което вече се прави заключение за температурата.

Молекулярна диагностика

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

Фигура 7. Принципът на регистрация с помощта на формата FRET.Образуването на конюгат („течен микрочип“) (открит обект) (сигнален флуорофор) приближава донора (нанокристала) до акцептора (багрило AlexaFluor). Само по себе си лазерното лъчение не възбужда флуоресценцията на багрилото; флуоресцентният сигнал се появява само поради резонансния пренос на енергия от нанокристала CdSe/ZnS. Наляво:конюгирана структура за пренос на енергия. На дясно:спектрална схема на възбуждане на багрилото.

Пример за прилагане на този метод е създаването на диагностика за автоимунно заболяване системна склеродермия(склеродермия). Тук квантови точки с дължина на вълната на флуоресценция от 590 nm служат като донор, а органичното багрило AlexaFluor 633 служи като акцептор. Антиген към автоантитело, маркер на склеродермия, е "зашит" върху повърхността на микрочастица съдържащи квантови точки. Вторичните антитела, белязани с багрило, бяха въведени в разтвора. При липса на мишена, багрилото не се приближава до повърхността на микрочастицата, няма пренос на енергия и багрилото не флуоресцира. Но ако в пробата се появят автоантитела, това води до образуването на комплекс микрочастици-автоантитела-багрило. В резултат на преноса на енергия, багрилото се възбужда и неговият флуоресцентен сигнал се появява в спектъра с дължина на вълната 633 nm.

Значението на тази работа е и във факта, че автоантителата могат да се използват като диагностични маркери върху ранна фазаразвитие на автоимунни заболявания. "Течните микрочипове" ви позволяват да създавате тестови системи, в които антигените са в много по-естествени условия, отколкото в самолет (както в "обикновените" микрочипове). Вече получените резултати отварят пътя към създаването на нов тип клинични диагностични тестове, базирани на използването на квантови точки. И прилагането на подходи, базирани на използването на спектрално кодирани течни микрочипове, ще направи възможно едновременното определяне на съдържанието на много маркери наведнъж, което е в основата на значително повишаване на надеждността на диагностичните резултати и разработването на методи за ранна диагностика .

Хибридни молекулярни устройства

Възможността за гъвкав контрол на спектралните характеристики на квантовите точки отваря пътя към наномащабни спектрални устройства. По-специално, КТ на базата на кадмий-телур (CdTe) направиха възможно разширяването на спектралната чувствителност бактериородопсин(bR), известен със способността си да използва светлинна енергия за "изпомпване" на протони през мембрана. (Резултантният електрохимичен градиент се използва от бактериите за синтезиране на АТФ.)

Всъщност беше получен нов хибриден материал: прикрепването на квантовите точки към лилава мембрана- липидна мембрана, съдържаща плътно опаковани молекули бактериородопсин - разширява обхвата на фоточувствителност към UV и сините области на спектъра, където "обикновеният" bR не абсорбира светлина (фиг. 8) . Механизмът на пренос на енергия към бактериородопсин от квантова точка, която абсорбира светлината в UV и синия участък, е все още същият: това е FRET; В този случай приемникът на радиация е ретината- същият пигмент, който работи във фоторецептора родопсин.

Фигура 8. "Надграждане" на бактериородопсин с помощта на квантови точки. Наляво:протеолипозома, съдържаща бактериородопсин (под формата на тримери) с базирани на CdTe квантови точки, „прикрепени“ към него (показани като оранжеви сфери). На дясно: схема за разширяване на спектралната чувствителност на bR поради QD: на спектъра, областта поглъщания CT е в UV и синята част на спектъра; обхват емисиимогат да бъдат "персонализирани" чрез избор на размера на нанокристала. В тази система обаче енергийно излъчване от квантови точки не се случва: енергията нерадиативно мигрира към бактериородопсин, който работи (изпомпва Н + йони в липозомата).

Протеолипозомите, създадени на базата на този материал (липидни „везикули”, съдържащи bR-CT хибрида) инжектират протони в себе си при осветяване, ефективно понижавайки pH (фиг. 8). Това изобретение, незначително на пръв поглед, може да послужи в основата на оптоелектронни и фотонни устройства в бъдеще и да намери приложение в областта на електроенергетиката и други видове фотоелектрични преобразувания.

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

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

литература

  1. Олейников В.А. (2010). Квантови точки в биологията и медицината. природата. 3 , 22;
  2. Олейников В.А., Суханова А.В., Набиев И.Р. (2007). Флуоресцентни полупроводникови нанокристали в биологията и медицината. руски нанотехнологии. 2 , 160–173;
  3. Алена Суханова, Лиди Вентео, Жером Деви, Михаил Артемиев, Владимир Олейников и др. др. (2002). Високо стабилни флуоресцентни нанокристали като нов клас етикети за имунохистохимичен анализ на тъканни участъци, вградени в парафин. Лабораторни инвестиции. 82 , 1259-1261;
  4. C. B. Murray, D. J. Norris, M. G. Bawendi. (1993). Синтез и характеризиране на почти монодисперсни CdE (E = сяра, селен, телур) полупроводникови нанокристалити. J. Am. Chem. соц.. 115 , 8706-8715;
  5. Маргарет А. Хайнс, Филип Гийо-Сионест. (1998). Ярки UV-сини луминесцентни колоидни ZnSe нанокристали. J Phys. Chem. Б. 102 , 3655-3657;
  6. Manna L., Scher E.C., Alivisatos P.A. (2002). Контрол на формата на колоидни полупроводникови нанокристали. J. Clust. sci. 13 , 521–532;
  7. Флуоресцентна Нобелова награда по химия;
  8. Игор Набиев, Шивон Мичъл, Антъни Дейвис, Ивон Уилямс, Дермот Келехър и др. др. (2007). Нефункционализираните нанокристали могат да използват активната транспортна машина на клетката, доставяйки ги до специфични ядрени и цитоплазмени отделения. Нано Лет.. 7 , 3452-3461;
  9. Ивон Уилямс, Алена Суханова, Магоржата Новоставска, Антъни М. Дейвис, Сиобан Мичъл и др. др. (2009). Изследване на специфични за клетъчния тип вътреклетъчни наномащабни бариери с помощта на нано pH метър с квантови точки, настроени по размер;
  10. Алена Суханова, Андрей С. Суша, Алпан Бек, Сергий Майило, Андрей Л. Рогач и др. др. (2007). Нанокристално кодирани флуоресцентни микросфери за протеомика: профилиране на антитела и диагностика на автоимунни заболявания. Нано Лет.. 7 , 2322-2327;
  11. Александра Ракович, Алена Суханова, Никола Бушонвил, Евгений Лукашев, Владимир Олейников и др. др. (2010). Резонансният пренос на енергия подобрява биологичната функция на бактериородопсина в хибриден материал, изграден от лилави мембрани и полупроводникови квантови точки. Нано Лет.. 10 , 2640-2648;


Добро време на деня, Хабражители! Мисля, че мнозина забелязаха, че започнаха да се появяват все повече реклами за дисплеи, базирани на технологията на квантовите точки, така наречените QD - LED (QLED) дисплеи, въпреки факта, че в момента това е просто маркетинг. Подобно на LED телевизора и Retina, това е технология за LCD дисплей, която използва светодиоди с квантови точки като подсветка.

Вашият смирен слуга все пак реши да разбере какво представляват квантовите точки и с какво се ядат.

Вместо въведение

квантова точка- фрагмент от проводник или полупроводник, чиито носители на заряд (електрони или дупки) са ограничени в пространството и в трите измерения. Размерът на квантовата точка трябва да е толкова малък, че квантови ефектибяха значителни. Това се постига, ако кинетичната енергия на електрона е забележимо по-голяма от всички други енергийни скали: на първо място, тя е по-голяма от температурата, изразена в енергийни единици. Квантовите точки са синтезирани за първи път в началото на 80-те години от Алексей Екимов в стъклена матрица и Луис Е. Брус в колоидни разтвори. Терминът "квантова точка" е въведен от Марк Рийд.

Енергийният спектър на квантовата точка е дискретен, а разстоянието между стационарните енергийни нива на носителя на заряд зависи от размера на самата квантова точка като - h/(2md^2), където:

  1. h е редуцираната константа на Планк;
  2. d е характерният размер на точката;
  3. м- ефективна масаелектрон в точка
Ако говорим прост езиктогава квантовата точка е полупроводник, чиито електрически характеристики зависят от неговия размер и форма.


Например, когато един електрон се придвижи до по-ниско енергийно ниво, се излъчва фотон; тъй като е възможно да се контролира размерът на квантовата точка, също е възможно да се промени енергията на излъчения фотон, което означава промяна на цвета на светлината, излъчвана от квантовата точка.

Видове квантови точки

Има два вида:
  • епитаксиални квантови точки;
  • колоидни квантови точки.
Всъщност те са наречени така според методите на тяхното производство. Няма да навлизам в подробности за тях. Голям бройхимически термини (google за помощ). Ще добавя само, че с помощта на колоиден синтез е възможно да се получат нанокристали, покрити със слой от адсорбирани повърхностно-активни молекули. По този начин те са разтворими в органични разтворители, след модификация и в полярни разтворители.

Конструиране на квантови точки

Обикновено квантовата точка е полупроводников кристал, в който се реализират квантови ефекти. Един електрон в такъв кристал се чувства като в триизмерна потенциална ямка и има много стационарни енергийни нива. Съответно, когато се движи от едно ниво на друго, квантовата точка може да излъчва фотон. С всичко това преходите са лесни за управление чрез промяна на размера на кристала. Възможно е също да хвърлим електрон на високо енергийно ниво и да получим радиация от прехода между по-ниски нива и в резултат на това да получим луминесценция. Всъщност именно наблюдението на това явление послужи като първото наблюдение на квантовите точки.

Сега за дисплеите

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

За да се създаде прототип, слой от разтвор на квантова точка се нанася върху силиконовата дъска и върху нея се напръсква разтворител. След това гумен печат с гребенова повърхност се притиска в слоя от квантови точки, отделя се и се щампова върху стъкло или гъвкава пластмаса. По този начин лентите от квантови точки се отлагат върху субстрата. При цветните дисплеи всеки пиксел съдържа червен, зелен или син подпиксел. Съответно тези цветове се използват с различна интензивност, за да се получи възможно най-доброто Повече ▼нюанси.

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

Защо LCD е по-лош?

Основната разлика между QLED дисплей и LCD е, че последният може да покрие само 20-30% от цветовата гама. Също така при QLED телевизорите няма нужда да се използва слой със светлинни филтри, тъй като кристалите, когато се приложи напрежение към тях, винаги излъчват светлина с добре дефинирана дължина на вълната и в резултат на това със същата стойност на цвета.


Имаше и новини за продажбата на компютърен дисплей с квантови точки в Китай. За съжаление не съм имал възможност да го проверя с очите си, за разлика от телевизора.

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

P.P.S.Ако говорим за мое лично мнение, тогава вярвам, че те няма да бъдат популярни през следващите десет години, не защото са малко известни, а защото цените на тези дисплеи са до небесата, но все пак бих искал да се надявам, че квантовите точки ще намерят своето приложение в медицината и ще се използват не само за увеличаване на печалбите, но и за добри цели.

квантови точкиса малки кристали, които излъчват светлина с прецизно регулируема стойност на цвета. Технологията Quantum Dot LED значително подобрява качеството на изображението, без да влияе на крайната цена на устройствата, на теория :).

Конвенционалните LCD телевизори могат да покрият само 20-30% от цветовата гама, която човешкото око може да възприеме. Изображението има голям реализъм, но тази технологияне са фокусирани върху масовото производство на дисплеи с голям диагонал. Тези, които следят телевизионния пазар, си спомнят, че още в началото на 2013 г. Sony представи първия Телевизор, базиран на квантови точки (Quantum Dot LED, QLED). Големите производители на телевизори ще пуснат модели телевизори с квантови точки тази година, Samsung вече ги представи в Русия под името SUHD, но повече за това в края на статията. Нека да разберем как дисплеите, произведени по QLED технология, се различават от вече познатите LCD телевизори.

На LCD телевизорите липсват чисти цветове

В крайна сметка дисплеите с течни кристали се състоят от 5 слоя: източникът е бяла светлина, излъчвана от светодиоди, която преминава през няколко поляризиращи филтъра. Филтрите, разположени отпред и отзад, заедно с течни кристали, контролират преминаващия светлинен поток, намалявайки или увеличавайки неговата яркост. Това се дължи на пикселните транзистори, които влияят на количеството светлина, преминаващо през филтрите (червен, зелен, син). Формираният цвят на тези три субпиксела, върху които са приложени филтрите, дава определена цветова стойност на пиксела. Смесването на цветовете е доста "гладко", но е просто невъзможно да се получи чисто червено, зелено или синьо по този начин. Препъникамъкът са филтри, които пропускат не една вълна с определена дължина, а редица различни дължини на вълната. Например оранжевата светлина също преминава през червен филтър.

Светодиодът излъчва светлина, когато към него се приложи напрежение. Поради това електроните (e) се прехвърлят от материала N-тип към материала P-тип. Материал N-тип съдържа атоми с излишен брой електрони. В материал от Р-тип има атоми, на които липсват електрони. Когато излишните електрони ударят последните, те отделят енергия под формата на светлина. В обикновен полупроводников кристал това обикновено е бяла светлина, произведена от много различни дължини на вълната. Причината за това е, че електроните могат да бъдат на различни енергийни нива. В резултат на това получените фотони (P) имат различни енергии, което се изразява в различни дължини на вълната на излъчване.

Стабилизиране на светлината чрез квантови точки

IN QLED телевизориквантовите точки действат като източник на светлина – това са кристали с размери само няколко нанометра. В този случай необходимостта от слой със светлинни филтри изчезва, тъй като когато към тях се приложи напрежение, кристалите винаги излъчват светлина с добре дефинирана дължина на вълната, а оттам и стойността на цвета. Този ефект се постига чрез оскъдния размер на квантовата точка, в която електрон, подобно на атом, може да се движи само в ограничено пространство. Както в атома, електронът с квантова точка може да заема само строго определени енергийни нива. Поради факта, че тези енергийни нива също зависят от материала, става възможно целенасочено настройване на оптичните свойства на квантовите точки. Например, за да се получи червен цвят, се използват кристали от сплав на кадмий, цинк и селен (CdZnSe), чиито размери са около 10–12 nm. Кадмиево селеновата сплав е подходяща за жълто, зелено и сини цветя, последният може да бъде получен и с помощта на нанокристали от съединение цинк-сяра с размер 2–3 nm.

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

QLED телевизор Samsung Quantum Dot

Samsung Electronics представи първокласни телевизори, произведени по технологията на квантовите точки в Русия. Новите елементи с разделителна способност 3840 × 2160 пиксела се оказаха не евтини, а флагманският модел е на цена от 2 милиона рубли.

Иновации.извита телевизори Samsung SUHD върху квантови точки се различава от обичайните LCD модели по по-високо възпроизвеждане на цветовете, контраст и консумация на енергия. Интегрираният процесор за изображения SUHD Remastering Engine ви позволява да увеличите видеосъдържанието с ниска разделителна способност до 4K. В допълнение, новите телевизори получиха Peak Illuminator и интелигентно задно осветяване Precision Black, технологията Nano Crystal Color (подобрява наситеността на цветовете и естествеността), UHD Dimming (осигурява оптимален контраст) и Auto Depth Enhancer ( автоматична настройкаконтраст за определени области на изображението). Телевизорите са базирани на операционната система Tizen с актуализирана платформа Samsung Smartтелевизор.

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

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