Moderne Welt voller Informationen aller Art. Besonders interessiert ist der Bereich der medizinischen Entdeckungen. Man hört oft von einem so wunderbaren Gerät wie der Pankov-Brille. Die Bewertungen vieler Praktiker sind durchaus ermutigend, es gibt aber auch Eindrücke, die nicht so rosig sind, wie die Werbung für das Gerät verspricht. Was sind Wunderbrillen und was ist der Kern ihrer Verwendung im Bereich der Sehwiederherstellung für Erwachsene und Kinder?

Die Methode zur Beeinflussung der Augen mit der Quantenbrille von Professor Pankov

Die Essenz von Pankovs innovativer Augenbehandlungsmethode besteht darin, das Sehvermögen wiederherzustellen, indem die Netzhaut farbiger Strahlung ausgesetzt wird. Das menschliche Auge ist so aufgebaut, dass es Farben entsprechend dem Impuls des Gehirns an bestimmte Nervenenden unterscheidet. Wenn die Augen in schneller Geschwindigkeit verschiedenen Farbstrahlungen ausgesetzt werden, werden alle Gewebe und Nervenenden erregt, die Blutversorgung verbessert sich und jene Bereiche, die ihre Funktion scheinbar nicht mehr erfüllen, werden wiederbelebt.

Ein neues Gerät, das in vielen verwendet wird medizinische Zentren zur Wiederherstellung des Sehvermögens, hat positive Bewertungen. Pankovs Brillen verdienen nach Ansicht vieler Experten auf dem Gebiet der Augenheilkunde und Farbtherapie die Aufmerksamkeit derjenigen Menschen, die ihr Sehvermögen verlieren oder haben Nebenwirkungen von der Arbeit am Computer.

Pankovs Quantenbrille ist im Kern ein Trainingsstimulator, der den physiologischen Zweck jeder Komponente des Augenapparats verbessert. Viele Meinungen drehen sich heute um die Frage, was Pankovs Quantenbrille ist. Bewertungen können sowohl schmeichelhaft als auch negativ sein.

Wo finde ich detaillierte Informationen zum Pankov-Gerät?

Bevor das Geräteprojekt genehmigt und zur Massenproduktion zugelassen wurde, um es im medizinischen Bereich zur Behandlung des Sehvermögens von Menschen einzusetzen, verfasste der Autor, Professor Pankov, ein interessantes Werk zum Thema der Möglichkeiten, das Sehvermögen gerade durch Freilegen der Augen wiederherzustellen zu allen Schattierungen des Regenbogens.

Wie Pankovs Brille aussieht, Rezensionen zu diesem Gerät sind problemlos zu finden. Aufgrund widersprüchlicher Informationen verschiedener Anbieter ist es jedoch nicht immer möglich, genau zu verstehen, worum es bei diesem Gerät eigentlich geht und wie es zu verwenden ist. Daher wenden sich diejenigen, die wirklich Hilfe bei der Wiederherstellung ihrer Sehkraft benötigen, in den meisten Fällen an das Buch des Professors, in dem sie beschrieben wird physiologische Bedeutung jede Farbe - „Regenbogen der Epiphanie“. Pankovs Brillen und Rezensionen dazu stehen in direktem Zusammenhang mit dem Buch.

Heutzutage ist der Medizingerätemarkt voll von Fälschungen; in fast jedem zweiten Fall enthalten die Anleitungen der verkauften Geräte Beschreibungen aus der Quelle des Autors, sie sind jedoch nicht ganz spezifisch für die Verwendung in der Praxis.

Das Buch beschreibt Methoden zur Beeinflussung der Beleuchtung, was ein Aufwärmen darstellt. Doch Übungen wie das Beobachten von Fischen in einem Aquarium mit farbiger Beleuchtung sind nicht immer effektiv. Aber das vom Autor geschaffene Gerät – die Brille von Professor Pankov – erhielt aufgrund des Rhythmus seiner Arbeit wohlverdiente Anerkennung. Bewertungen können natürlich keine detaillierte Antwort auf die Wirksamkeit des Geräts geben. Um eine zuverlässige Beurteilung einer Brille zur Wiederherstellung des Sehvermögens zu erhalten, müssen Sie auch die Meinung professioneller Augenärzte kennen.

Ohne die Verordnung eines Augenarztes kommt das Gerät in der Praxis nicht zum Einsatz. Die Wirkung kann nur von einem Fachmann professionell beurteilt werden.

Die Wirkung einer Brille auf die Wiederherstellung der Sehkraft

Pankov-Brillen wirken sich auf folgende Weise auf die Augen aus:

  • durch die zugeführten Lichtsignale wird die Augenmuskulatur massiert; der Krampf der Pupille wird gelindert, der sich während des Trainings entweder verengt oder ausdehnt;
  • Durch den rhythmischen Betrieb des Augenapparates verbessert sich der Abfluss der Augenflüssigkeit und die vordere Augenkammer erfährt Schwankungen in der Tiefe der Bildwahrnehmung;
  • Muskelkontraktion verbessert die Blutzirkulation, wodurch eine wirksame Mikrozirkulation in der Netzhaut des Auges entsteht, die Ernährung aller Gewebe verbessert wird und somit die visuelle Wahrnehmung verbessert wird.

In den meisten Fällen verdienen Pankov-Brillen positive Bewertungen, wenn sie als Simulator zur Vorbeugung fortgeschrittener Augenkrankheiten sowie zum Training des Sehvermögens von Menschen eingesetzt werden beruflichen Bereich deren Tätigkeiten mit einer großen Belastung des Sehvermögens verbunden sind: Computerspezialisten, Buchhalter, Kassierer, Forscher, Piloten.

Pankov-Brillen werden von einem Augenarzt für den anfänglichen Grad von Katarakt, Asthenopie, Amblyopie, progressiver Myopie, Glaukom, Strabismus, Myopie, entwickelter Weitsichtigkeit und Netzhautdystrophie verschrieben.

Aufgrund positiver Bewertungen wird die Pankov-Brille auch zur Vorbeugung von Komplikationen in der postoperativen Phase empfohlen, wenn eine Operation im Augenbereich durchgeführt wurde.

Faktoren, die die Verwendung einer Brille bestimmen

  • Bei der Analyse aller Bewertungen sollte die Pankov-Brille als Simulator für Büroangestellte verwendet werden, die bei der Verarbeitung von Daten auf Computergeräten eigentlich keine Arbeitspausen einlegen.
  • Auch Schüler, die beim Lesen von Büchern Tag und Nacht ihre Augen anstrengen müssen, äußern sich positiv über die Geräte.
  • Die Pankov-Brille eignet sich auch für diejenigen, die moderne Brillengläser anstelle einer normalen Brille tragen, was zu einer Ermüdung der Augen und häufig zu Rötungen führt.
  • In vielen Situationen verschreibt ein Augenarzt eine Schulung mit dem Gerät, wenn er sicher ist, dass die Gefahr einer bestimmten Augenerkrankung besteht.
  • Der Einsatz des Geräts ist besonders nützlich, wenn ein Facharzt einen Akkommodationskrampf diagnostiziert.

Mögliche Kontraindikationen für den Einsatz eines innovativen Sehsimulators

Die Verwendung des Pankov-Geräts ist nicht gestattet bei schweren entzündlichen Prozessen der Augen, psychischen Erkrankungen, Onkologie, Erkrankungen des Zentralnervensystems, Schwangerschaft, schwere Formen Diabetes mellitus, Lungentuberkulose, Genesung nach einem Herzinfarkt oder Schlaganfall und die Anwendung bei Kindern unter drei Jahren wird nicht empfohlen.

Alle Vor- und Nachteile der Verwendung eines Geräts zur Wiederherstellung der Sehkraft

Wie oben erwähnt, bemerken viele, die Pankovs Brille in der Praxis kennengelernt haben, eine positive Wirkung nach einer Behandlung unter Aufsicht eines Augenarztes. Anzahl der Patienten Kindheit Im Allgemeinen übersteigt sie die Zahl der Patienten in den mittleren und älteren Altersgruppen. Die Praxis zeigt, wie wichtig eine Korrektur schon im frühen Alter ist.

Menschen, die sich ohne ärztliche Verschreibung für die Verwendung des Geräts entscheiden, können die Wirkung nicht professionell beurteilen, weshalb es viele negative Bewertungen gibt, die diese Entdeckung mit nichts anderem als Quacksalberei in Verbindung bringen.

Ratschläge von professionellen Augenärzten zur Verwendung von Pankov-Brillen

Jeder Augenarzt stellt vor der Verschreibung einer Behandlung mit Pankov-Brillen immer eine klare Diagnose. Wenn die Krankheit zu weit fortgeschritten ist, führt das Gerät möglicherweise nicht zu positiven Veränderungen bei der Verbesserung des Sehvermögens. Pankov-Gläser können erst danach verwendet werden medikamentöse Behandlung, nach Linderung der Entzündung.

Wo kann ich Pankov-Brillen kaufen?

Was Sie aufgrund der oben genannten Punkte auf keinen Fall tun sollten, ist, das Gerät über Online-Shops zu kaufen. Der Grund dafür ist, dass es viele Fälschungen wirksamer Medikamente gibt medizinisches Gerät und jede Menge Werbung.

Darüber hinaus lenkt die Werbung für das Gerät die Aufmerksamkeit des Käufers stärker nicht auf seinen Trainingszweck, sondern auf medizinische Eigenschaften. Pankovs Brillen werden besonders aktiv auf den Websites von Megacities angeboten. Als Beispiel haben wir die Meinungen von Einwohnern von St. Petersburg zu diesem Gerät ausgewertet, die sich die Mühe gemacht haben, es über virtuelle Verkäufer zu kaufen und es in der Praxis zu testen. Wenn Sie diese Bewertungen studieren, verursachte Pankovs Brille (St. Petersburg ist nicht die einzige Region, deren Bewohner auf die Tricks der Werbetreibenden hereinfielen) viele negative Eigenschaften und Misstrauen gegenüber dieser Innovation.

Daher sollten Sie Ihre Sehkraft durch einen Besuch beim Augenarzt wiederherstellen, und wenn Sie ein Gerät kaufen, dann nur auf Empfehlung eines kompetenten Arztes, der Ihnen sicherlich keine schlechten Ratschläge geben wird.

« Quantenpunkte- das sind künstliche Atome, deren Eigenschaften kontrolliert werden können»

Zh.I. Alferov, Nobelpreisträger 2000. in Physik für die Entwicklung von Halbleiterheterostrukturen für Hochgeschwindigkeits- und Optoelektronik

Quantenpunkte (QDs) sind isolierte Nanoobjekte, deren Eigenschaften sich deutlich von den Eigenschaften von Massenmaterial gleicher Zusammensetzung unterscheiden. Es sei gleich darauf hingewiesen, dass Quantenpunkte eher ein mathematisches Modell als reale Objekte sind. Und das liegt an der Unmöglichkeit einer vollständigen Formung isolierte Strukturen – kleine Partikel interagieren immer mit der Umgebung, da sie sich in einem flüssigen Medium oder einer festen Matrix befinden.

Zu verstehen, was Quantenpunkte sind und sie verstehen elektronische Struktur Stellen Sie sich ein antikes griechisches Amphitheater vor. Stellen Sie sich nun vor, dass auf der Bühne eine aufregende Aufführung stattfindet und das Publikum voller Menschen ist, die gekommen sind, um den Schauspielern beim Spielen zuzusehen. Es stellt sich also heraus, dass das Verhalten der Menschen im Theater in vielerlei Hinsicht dem Verhalten von Quantenpunktelektronen (QD) ähnelt. Während der Aufführung bewegen sich die Schauspieler durch die Arena, ohne ins Publikum zu gehen, und die Zuschauer selbst beobachten das Geschehen von ihren Sitzen aus und gehen nicht auf die Bühne. Die Arena besteht aus den unteren gefüllten Ebenen des Quantenpunkts, und die Zuschauerreihen sind angeregte elektronische Ebenen mit höherer Energie. In diesem Fall kann ein Elektron, genau wie sich ein Betrachter in jeder Reihe des Saals aufhalten kann, jedes Energieniveau eines Quantenpunktes besetzen, sich aber nicht dazwischen befinden. Beim Kartenkauf für die Aufführung an der Abendkasse versuchte jeder, das Beste herauszuholen beste Orte- möglichst nah an der Bühne. Wer will schon in der letzten Reihe sitzen, wo man das Gesicht des Schauspielers selbst mit dem Fernglas nicht sehen kann! Wenn das Publikum vor Beginn der Aufführung Platz nimmt, sind daher alle unteren Reihen des Saals gefüllt, ebenso wie im stationären Zustand des CT, der die niedrigste Energie aufweist, die unteren Energieniveaus vollständig mit Elektronen besetzt. Allerdings kann es während der Aufführung passieren, dass einer der Zuschauer seinen Sitzplatz verlässt, zum Beispiel weil die Musik auf der Bühne zu laut ist oder er gerade von einem unliebsamen Nachbarn erwischt wurde, und sich in eine freie obere Reihe begibt. Auf diese Weise wird in einem Quantenpunkt ein Elektron unter dem Einfluss eines äußeren Einflusses gezwungen, sich auf ein höheres Energieniveau zu bewegen, das nicht von anderen Elektronen besetzt ist, was zur Bildung eines angeregten Zustands eines Quantenpunkts führt. Sie fragen sich wahrscheinlich, was mit dem leeren Raum auf der Energieebene passiert, in dem sich früher das Elektron befand – dem sogenannten Loch? Es stellt sich heraus, dass das Elektron durch Ladungswechselwirkungen mit ihm verbunden bleibt und sich jederzeit zurückbewegen kann, so wie ein veränderter Betrachter jederzeit seine Meinung ändern und an den auf seinem Ticket angegebenen Ort zurückkehren kann. Ein Elektron-Loch-Paar wird ab „Exziton“ genannt Englisches Wort„excited“, was „aufgeregt“ bedeutet. Die Wanderung zwischen den Energieniveaus eines QD, ähnlich dem Auf- oder Abstieg eines der Zuschauer, geht mit einer Änderung der Energie des Elektrons einher, die der Absorption oder Emission eines Lichtquants (Photons) entspricht, wenn das Elektron bewegt sich jeweils auf eine höhere bzw. höhere Ebene. niedriges Niveau. Das oben beschriebene Verhalten von Elektronen in einem Quantenpunkt führt zu einem diskreten Energiespektrum, das für Makroobjekte untypisch ist, für die QDs oft als künstliche Atome bezeichnet werden, in denen die Elektronenniveaus diskret sind.

Die Stärke (Energie) der Verbindung zwischen einem Loch und einem Elektron bestimmt den Exzitonenradius, der für jeden Stoff eine charakteristische Größe ist. Ist die Partikelgröße kleiner als der Exzitonenradius, dann ist das Exziton durch seine Größe räumlich begrenzt und die entsprechende Bindungsenergie ändert sich im Vergleich zur Massenmaterie deutlich (siehe „Quantengrößeneffekt“). Es ist nicht schwer zu erraten, dass sich bei einer Änderung der Exzitonenenergie auch die Energie des Photons ändert, das vom System emittiert wird, wenn sich das angeregte Elektron an seinen ursprünglichen Platz bewegt. Durch den Erhalt monodisperser kolloidaler Lösungen von Nanopartikeln unterschiedlicher Größe ist es somit möglich, die Energien von Übergängen in einem weiten Bereich des optischen Spektrums zu steuern.

Die ersten Quantenpunkte waren Metallnanopartikel, die damals synthetisiert wurden altes Ägypten zum Färben verschiedener Gläser (übrigens wurden die Rubinsterne des Kremls mit einer ähnlichen Technologie erhalten), obwohl traditionellere und weithin bekannte QDs GaN-Halbleiterpartikel sind, die auf Substraten und kolloidalen Lösungen von CdSe-Nanokristallen gezüchtet werden. IN gegenwärtiger Moment Es gibt viele Möglichkeiten, Quantenpunkte zu erhalten, zum Beispiel können sie mithilfe der „Nanolithographie“ aus dünnen Schichten von Halbleiter-„Heterostrukturen“ „ausgeschnitten“ werden oder sie können spontan in Form von nanoskaligen Einschlüssen von Strukturen derselben gebildet werden Art von Halbleitermaterial in der Matrix eines anderen. Mit der Methode der „Molekularstrahlepitaxie“ ist es mit einem signifikanten Unterschied in den Parametern der Elementarzelle des Substrats und der abgeschiedenen Schicht möglich, das Wachstum von Pyramidenquantenpunkten auf dem Substrat zur Untersuchung der Eigenschaften von zu erreichen der dem Akademiker Zh.I. Alferov verliehen wurde Nobelpreis. Durch die Steuerung der Bedingungen der Syntheseprozesse ist es theoretisch möglich, Quantenpunkte bestimmter Größen mit bestimmten Eigenschaften zu erhalten.

Quantenpunkte sind noch ein „junges“ Forschungsobjekt, aber die breiten Perspektiven für ihren Einsatz beim Design von Lasern und Displays einer neuen Generation sind bereits klar erkennbar. Die optischen Eigenschaften von QDs werden in den unerwartetsten Bereichen der Wissenschaft genutzt, die einstellbare Lumineszenzeigenschaften des Materials erfordern. Beispielsweise ist es in der medizinischen Forschung möglich, mit ihrer Hilfe erkranktes Gewebe zu „beleuchten“. Menschen, die von „Quantencomputern“ träumen, sehen in Quantenpunkten vielversprechende Kandidaten für den Bau von Qubits.

Literatur

N. Kobayashi. Einführung in die Nanotechnologie. M.: BINOM. Wissenslabor, 2007, 134 S.

V. Ya. Demikhovsky, G.A. Wugalter Physik niederdimensionaler Quantenstrukturen. M.: Logos, 2000.

Zahlreiche spektroskopische Methoden, die in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts aufkamen – Elektronen- und Rasterkraftmikroskopie, Kernspinresonanzspektroskopie, Massenspektrometrie – scheinen die traditionelle optische Mikroskopie längst „im Ruhestand“ zu haben. Der geschickte Einsatz des Fluoreszenzphänomens verlängerte jedoch mehr als einmal das Leben des „Veteranen“. In diesem Artikel wird darüber gesprochen Quantenpunkte(Fluoreszierende Halbleiter-Nanokristalle), die der optischen Mikroskopie neue Kraft verlieh und den Blick über die berüchtigte Beugungsgrenze hinaus ermöglichte. Die einzigartigen physikalischen Eigenschaften von Quantenpunkten machen sie zu einem idealen Werkzeug für die ultraempfindliche Mehrfarbenaufzeichnung biologischer Objekte sowie für die medizinische Diagnostik.

Die Arbeit gibt Anregungen dazu physikalische Prinzipien, definierend einzigartige Eigenschaften Quantenpunkte, grundlegende Ideen und Perspektiven für den Einsatz von Nanokristallen und beschreibt die bereits erzielten Erfolge ihres Einsatzes in Biologie und Medizin. Der Artikel basiert auf den Ergebnissen der durchgeführten Forschung letzten Jahren am Labor für Molekulare Biophysik des nach ihm benannten Instituts für Bioorganische Chemie. MM. Shemyakin und Yu.A. Ovchinnikova zusammen mit der Universität Reims und der Weißrussischen Staatliche Universität Ziel ist die Entwicklung einer neuen Generation von Biomarker-Technologien für verschiedene Bereiche klinische Diagnostik, einschließlich Krebs- und Autoimmunerkrankungen, sowie die Entwicklung neuartiger Nanosensoren zur gleichzeitigen Erfassung vieler biomedizinischer Parameter. Die Originalversion des Werks wurde in Nature veröffentlicht; In gewisser Weise basiert der Artikel auf dem zweiten Seminar des Rates junger Wissenschaftler des IBCh RAS. - Ed.

Teil I, theoretisch

Abbildung 1. Diskrete Energieniveaus in Nanokristallen.„Fester“ Halbleiter ( links) hat ein Valenzband und ein Leitungsband, die durch eine Bandlücke getrennt sind Z.B. Halbleiter-Nanokristall ( Rechts) zeichnet sich durch diskrete Energieniveaus aus, ähnlich den Energieniveaus eines einzelnen Atoms. In einem Nanokristall Z.B ist eine Funktion der Größe: Eine Vergrößerung der Größe eines Nanokristalls führt zu einer Verringerung Z.B.

Die Verringerung der Partikelgröße führt dazu, dass das Material, aus dem es besteht, sehr ungewöhnliche Eigenschaften aufweist. Der Grund dafür sind quantenmechanische Effekte, die entstehen, wenn die Bewegung von Ladungsträgern räumlich begrenzt ist: Die Energie der Ladungsträger wird in diesem Fall diskret. Und die Anzahl der Energieniveaus, wie gelehrt Quantenmechanik, hängt von der Größe des „Potentialtopfes“, der Höhe der Potentialbarriere und der Masse des Ladungsträgers ab. Eine Vergrößerung des „Brunnens“ führt zu einer Zunahme der Anzahl der Energieniveaus, die einander immer näher kommen, bis sie verschmelzen und das Energiespektrum „fest“ wird (Abb. 1). Die Bewegung von Ladungsträgern kann entlang einer Koordinate (Bildung von Quantenfilmen), entlang zweier Koordinaten (Quantendrähte oder -fäden) oder in allen drei Richtungen begrenzt sein – dies ist der Fall Quantenpunkte(CT).

Halbleiter-Nanokristalle sind Zwischenstrukturen zwischen Molekülclustern und „festen“ Materialien. Die Grenzen zwischen molekularen, nanokristallinen und festen Materialien sind nicht klar definiert; Allerdings kann der Bereich von 100 ÷ 10.000 Atomen pro Partikel vorläufig als „Obergrenze“ von Nanokristallen angesehen werden. Die Obergrenze entspricht den Größen, bei denen der Abstand zwischen den Energieniveaus die Energie thermischer Schwingungen übersteigt kT (k- Boltzmann-Konstante, T- Temperatur), wenn Ladungsträger mobil werden.

Die natürliche Längenskala für elektronisch angeregte Regionen in „kontinuierlichen“ Halbleitern wird durch den Bohr-Exzitonenradius bestimmt ein x, die von der Stärke der Coulomb-Wechselwirkung zwischen dem Elektron abhängt ( e) Und Loch (H). In Nanokristallen in der Größenordnung a x die Größe selbst beginnt, die Konfiguration des Paares zu beeinflussen e–h und damit die Größe des Exzitons. Es stellt sich heraus, dass in diesem Fall die elektronischen Energien direkt von der Größe des Nanokristalls bestimmt werden – dieses Phänomen ist als „Quantenbeschränkungseffekt“ bekannt. Mithilfe dieses Effekts ist es möglich, die Bandlücke des Nanokristalls zu regulieren ( Z.B), einfach durch Änderung der Partikelgröße (Tabelle 1).

Einzigartige Eigenschaften von Quantenpunkten

Als physikalisches Objekt sind Quantenpunkte schon seit längerem bekannt und gehören zu den heute intensiv entwickelten Formen Heterostrukturen. Die Besonderheit von Quantenpunkten in Form kolloidaler Nanokristalle besteht darin, dass jeder Punkt ein isoliertes und bewegliches Objekt ist, das sich in einem Lösungsmittel befindet. Solche Nanokristalle können zum Aufbau verschiedener Assoziate, Hybride, geordneter Schichten usw. verwendet werden, auf deren Grundlage Elemente elektronischer und optoelektronischer Geräte, Sonden und Sensoren für die Analyse in Mikrovolumina von Materie sowie verschiedene fluoreszierende, chemilumineszierende und photoelektrochemische Nanosensoren konstruiert werden .

Der Grund für das schnelle Eindringen von Halbleiter-Nanokristallen in verschiedene Bereiche der Wissenschaft und Technologie sind ihre einzigartigen optischen Eigenschaften:

  • schmaler symmetrischer Fluoreszenzpeak (im Gegensatz zu organischen Farbstoffen, die durch das Vorhandensein eines langwelligen „Schwanzes“ gekennzeichnet sind; Abb. 2, links), deren Position durch die Wahl der Nanokristallgröße und ihrer Zusammensetzung gesteuert wird (Abb. 3);
  • breites Anregungsband, das die Anregung von Nanokristallen ermöglicht verschiedene Farben eine Strahlungsquelle (Abb. 2, links). Dieser Vorteil ist bei der Erstellung mehrfarbiger Codierungssysteme von grundlegender Bedeutung.
  • hohe Fluoreszenzhelligkeit, bestimmt durch einen hohen Extinktionswert und eine hohe Quantenausbeute (für CdSe/ZnS-Nanokristalle – bis zu 70 %);
  • einzigartig hohe Photostabilität (Abb. 2, Rechts), was den Einsatz von Hochleistungsanregungsquellen ermöglicht.

Abbildung 2. Spektrale Eigenschaften von Cadmium-Selen-Quantenpunkten (CdSe). Links: Nanokristalle unterschiedlicher Farbe können von einer Quelle angeregt werden (der Pfeil zeigt die Anregung). Argonlaser mit einer Wellenlänge von 488 nm). Einschub: Fluoreszenz von CdSe/ZnS-Nanokristallen verschiedene Größen(und dementsprechend Farben), die durch eine einzige Lichtquelle (UV-Lampe) angeregt werden. Rechts: Quantenpunkte sind im Vergleich zu anderen gängigen Farbstoffen, die unter dem Strahl einer Quecksilberlampe in einem Fluoreszenzmikroskop schnell zerfallen, äußerst fotostabil.

Abbildung 3. Eigenschaften von Quantenpunkten aus verschiedene Materialien. Über: Fluoreszenzbereiche von Nanokristallen aus unterschiedlichen Materialien. Unten: CdSe-Quantenpunkte unterschiedlicher Größe decken den gesamten sichtbaren Bereich von 460–660 nm ab. Unten rechts: Diagramm eines stabilisierten Quantenpunkts, dessen „Kern“ mit einer Halbleiterhülle und einer schützenden Polymerschicht bedeckt ist.

Empfangstechnik

Die Synthese von Nanokristallen erfolgt durch schnelle Injektion von Vorläuferverbindungen in das Reaktionsmedium hohe Temperatur(300–350 °C) und anschließendes langsames Wachstum von Nanokristallen bei relativ niedrigen Temperaturen (250–300 °C). Im „fokussierenden“ Synthesemodus ist die Wachstumsrate kleiner Partikel größer als die Wachstumsrate großer, wodurch die Streuung der Nanokristallgrößen abnimmt.

Die kontrollierte Synthesetechnologie ermöglicht es, die Form von Nanopartikeln mithilfe der Anisotropie von Nanokristallen zu steuern. Die charakteristische Kristallstruktur eines bestimmten Materials (zum Beispiel zeichnet sich CdSe durch eine hexagonale Packung aus – Wurtzit, Abb. 3) vermittelt „bevorzugte“ Wachstumsrichtungen, die die Form von Nanokristallen bestimmen. Auf diese Weise entstehen Nanostäbe oder Tetrapoden – in vier Richtungen verlängerte Nanokristalle (Abb. 4).

Abbildung 4. Andere Form CdSe-Nanokristalle. Links: Kugelförmige CdSe/ZnS-Nanokristalle (Quantenpunkte); in der Mitte: stabförmig (Quantenstäbe). Rechts: in Form von Tetrapoden. (Durchscheinend Elektronenmikroskopie. Mark - 20 nm.)

Hindernisse für die praktische Anwendung

Die praktische Anwendung von Nanokristallen aus Halbleitern der Gruppen II–VI unterliegt einer Reihe von Einschränkungen. Erstens hängt ihre Lumineszenzquantenausbeute maßgeblich von den Eigenschaften ab Umfeld. Zweitens ist auch die Stabilität der „Keime“ von Nanokristallen in wässrigen Lösungen gering. Das Problem liegt in Oberflächen-„Defekten“, die die Rolle von nichtstrahlenden Rekombinationszentren oder „Fallen“ für angeregte Teilchen spielen e–h Dampf.

Um diese Probleme zu überwinden, werden Quantenpunkte in eine Hülle eingeschlossen, die aus mehreren Schichten Wide-Gap-Material besteht. Dadurch können Sie isolieren e-h Paarung im Kern, erhöhen dessen Lebensdauer, reduzieren die nichtstrahlende Rekombination und erhöhen somit die Quantenausbeute der Fluoreszenz und Photostabilität.

Die bislang am häufigsten verwendeten fluoreszierenden Nanokristalle weisen eine Kern-Schale-Struktur auf (Abb. 3). Entwickelte Verfahren zur Synthese von CdSe/ZnS-Nanokristallen ermöglichen die Erzielung einer Quantenausbeute von 90 %, was nahe an den besten organischen Fluoreszenzfarbstoffen liegt.

Teil II: Anwendungen von Quantenpunkten in Form kolloidaler Nanokristalle

Fluorophore in Medizin und Biologie

Die einzigartigen Eigenschaften von QDs ermöglichen ihre Verwendung in fast allen Systemen zur Markierung und Visualisierung biologischer Objekte (mit Ausnahme nur fluoreszierender intrazellulärer Markierungen, die genetisch exprimiert werden – bekannte fluoreszierende Proteine).

Zur Visualisierung biologischer Objekte oder Prozesse können QDs direkt oder mit „eingenähten“ Erkennungsmolekülen (meist Antikörper oder Oligonukleotide) in das Objekt eingebracht werden. Nanokristalle dringen ein und verteilen sich entsprechend ihrer Eigenschaften im Objekt. Beispielsweise dringen Nanokristalle unterschiedlicher Größe auf unterschiedliche Weise in biologische Membranen ein, und da die Größe die Farbe der Fluoreszenz bestimmt, sind auch verschiedene Bereiche des Objekts unterschiedlich gefärbt (Abb. 5). Das Vorhandensein von Erkennungsmolekülen auf der Oberfläche von Nanokristallen ermöglicht eine gezielte Bindung: Das gewünschte Objekt (zum Beispiel ein Tumor) wird mit einer bestimmten Farbe bemalt!

Abbildung 5. Objekte einfärben. Links: Mehrfarbiges konfokales Fluoreszenzbild der Verteilung von Quantenpunkten vor dem Hintergrund der Mikrostruktur des zellulären Zytoskeletts und Zellkerns in menschlichen Phagozyten-THP-1-Zellen. Nanokristalle bleiben in Zellen mindestens 24 Stunden lang photostabil und verursachen keine Störungen der Zellstruktur und -funktion. Rechts: Ansammlung von mit RGD-Peptid „vernetzten“ Nanokristallen im Tumorbereich (Pfeil). Rechts ist die Kontrolle, Nanokristalle ohne Peptid wurden eingeführt (CdTe-Nanokristalle, 705 nm).

Spektrale Kodierung und „flüssige Mikrochips“

Wie bereits angedeutet, ist der Fluoreszenzpeak von Nanokristallen schmal und symmetrisch, was es ermöglicht, das Fluoreszenzsignal von Nanokristallen unterschiedlicher Farbe (bis zu zehn Farben im sichtbaren Bereich) zuverlässig zu isolieren. Im Gegenteil, das Absorptionsband von Nanokristallen ist breit, das heißt, Nanokristalle aller Farben können von einer einzigen Lichtquelle angeregt werden. Diese Eigenschaften sowie ihre hohe Photostabilität machen Quantenpunkte zu idealen Fluorophoren für die mehrfarbige spektrale Kodierung von Objekten – ähnlich einem Barcode, jedoch mit mehrfarbigen und „unsichtbaren“ Codes, die im Infrarotbereich fluoreszieren.

Heutzutage wird zunehmend der Begriff „flüssige Mikrochips“ verwendet, der es ermöglicht, wie bei klassischen flachen Chips, bei denen sich die Detektionselemente auf einer Ebene befinden, die Analyse vieler Parameter gleichzeitig anhand von Mikrovolumina einer Probe durchzuführen. Das Prinzip der spektralen Kodierung mithilfe flüssiger Mikrochips ist in Abbildung 6 dargestellt. Jedes Mikrochipelement enthält eine bestimmte Menge an QDs bestimmter Farben, und die Anzahl der kodierten Optionen kann sehr groß sein!

Abbildung 6. Prinzip der Spektralkodierung. Links:„normaler“ flacher Mikrochip. Rechts:„flüssiger Mikrochip“, dessen Element jeweils eine bestimmte Menge an QDs bestimmter Farben enthält. Bei N Fluoreszenzintensitätsniveaus und M Farben beträgt die theoretische Anzahl der codierten Optionen nm−1. Bei 5–6 Farben und 6 Intensitätsstufen sind dies also 10.000–40.000 Optionen.

Solche codierten Mikroelemente können zur direkten Kennzeichnung beliebiger Objekte (z. B. Wertpapiere) verwendet werden. Eingebettet in Polymermatrizen sind sie äußerst stabil und langlebig. Ein weiterer Anwendungsaspekt ist die Identifizierung biologischer Objekte bei der Entwicklung früher Diagnosemethoden. Die Anzeige- und Identifizierungsmethode besteht darin, dass an jedes spektral kodierte Element des Mikrochips ein spezifisches Erkennungsmolekül gebunden wird. In der Lösung befindet sich ein zweites Erkennungsmolekül, an das ein Signal-Fluorophor „angenäht“ ist. Das gleichzeitige Auftreten einer Mikrochip-Fluoreszenz und eines Signal-Fluorophors weist auf das Vorhandensein des untersuchten Objekts in der analysierten Mischung hin.

Mithilfe der Durchflusszytometrie können kodierte Mikropartikel online analysiert werden. Eine Mikropartikel enthaltende Lösung durchläuft einen laserbestrahlten Kanal, in dem jedes Partikel spektral charakterisiert wird. Software Mit dem Gerät können Sie Ereignisse identifizieren und charakterisieren, die mit dem Auftreten bestimmter Verbindungen in einer Probe verbunden sind – beispielsweise Marker für Krebs oder Autoimmunerkrankungen.

In Zukunft können Mikroanalysatoren auf Basis fluoreszierender Halbleiter-Nanokristalle entwickelt werden, um eine große Anzahl von Objekten gleichzeitig zu erfassen.

Molekulare Sensoren

Der Einsatz von QDs als Sonden ermöglicht die Messung von Umweltparametern in lokalen Bereichen, deren Größe mit der Größe der Sonde vergleichbar ist (Nanometerskala). Der Betrieb solcher Messgeräte basiert auf der Nutzung des Förster-Effekts der strahlungslosen resonanten Energieübertragung (Förster-Resonanzenergieübertragung – FRET). Die Essenz des FRET-Effekts besteht darin, dass sich zwei Objekte (Donor und Akzeptor) nähern und überlappen Fluoreszenzspektrum zuerst von Absorptionsspektrum Zweitens wird Energie strahlungslos übertragen – und wenn der Akzeptor fluoreszieren kann, leuchtet er mit doppelter Intensität.

Über den FRET-Effekt haben wir bereits im Artikel „ Roulette für Spektroskopiker » .

Drei Parameter von Quantenpunkten machen sie zu sehr attraktiven Spendern in Systemen im FRET-Format.

  1. Die Fähigkeit, die Emissionswellenlänge mit hoher Genauigkeit auszuwählen, um eine maximale Überlappung zwischen den Emissionsspektren des Donors und der Anregung des Akzeptors zu erreichen.
  2. Die Fähigkeit, verschiedene QDs mit derselben Wellenlänge einer einzelnen Lichtquelle anzuregen.
  3. Möglichkeit der Anregung in einem Spektralbereich weit entfernt von der Emissionswellenlänge (Differenz >100 nm).

Es gibt zwei Strategien zur Nutzung des FRET-Effekts:

  • Registrierung des Wechselwirkungsakts zwischen zwei Molekülen aufgrund von Konformationsänderungen im Donor-Akzeptor-System und
  • Registrierung von Änderungen der optischen Eigenschaften des Donors oder Akzeptors (z. B. Absorptionsspektrum).

Dieser Ansatz ermöglichte die Implementierung nanoskaliger Sensoren zur Messung des pH-Werts und der Konzentration von Metallionen in einem lokalen Bereich der Probe. Das empfindliche Element in einem solchen Sensor ist eine Schicht aus Indikatormolekülen, die ihre optischen Eigenschaften ändern, wenn sie an das detektierte Ion gebunden werden. Durch die Bindung verändert sich die Überlappung zwischen den Fluoreszenzspektren des QD und den Absorptionsspektren des Indikators, wodurch sich auch die Effizienz des Energietransfers verändert.

Ein Ansatz, der Konformationsänderungen im Donor-Akzeptor-System nutzt, wird in einem nanoskaligen Temperatursensor implementiert. Die Wirkung des Sensors basiert auf einer Temperaturänderung in der Form des Polymermoleküls, das den Quantenpunkt und den Akzeptor-Fluoreszenzlöscher verbindet. Bei einer Temperaturänderung ändert sich sowohl der Abstand zwischen Quencher und Fluorophor als auch die Intensität der Fluoreszenz, aus der auf die Temperatur geschlossen werden kann.

Molekulare Diagnostik

Der Bruch oder die Bildung einer Bindung zwischen einem Donor und einem Akzeptor kann auf die gleiche Weise nachgewiesen werden. Abbildung 7 veranschaulicht das „Sandwich“-Registrierungsprinzip, bei dem das registrierte Objekt als Verbindungsglied („Adapter“) zwischen dem Spender und dem Akzeptor fungiert.

Abbildung 7. Prinzip der Registrierung im FRET-Format. Die Bildung eines Konjugats („flüssiger Mikrochip“) – (registriertes Objekt) – (Signalfluorophor) bringt den Donor (Nanokristall) näher an den Akzeptor (AlexaFluor-Farbstoff). Allein Laserstrahlung regt keine Farbstofffluoreszenz an; Das Fluoreszenzsignal erscheint nur aufgrund der resonanten Energieübertragung vom CdSe/ZnS-Nanokristall. Links: Struktur eines Konjugats mit Energieübertragung. Rechts: Spektraldiagramm der Farbstoffanregung.

Ein Beispiel für die Umsetzung dieser Methode ist die Erstellung eines Diagnosekits für eine Autoimmunerkrankung systemische Sklerodermie(Sklerodermie). Hier waren der Donor Quantenpunkte mit einer Fluoreszenzwellenlänge von 590 nm und der Akzeptor ein organischer Farbstoff – AlexaFluor 633. Ein Antigen wurde auf die Oberfläche eines Mikropartikels „genäht“, das Quantenpunkte gegen einen Autoantikörper enthielt – einen Marker für Sklerodermie. Mit Farbstoff markierte Sekundärantikörper wurden in die Lösung eingebracht. In Abwesenheit eines Targets nähert sich der Farbstoff nicht der Oberfläche des Mikropartikels, es findet keine Energieübertragung statt und der Farbstoff fluoresziert nicht. Treten aber Autoantikörper in der Probe auf, kommt es zur Bildung eines Mikropartikel-Autoantikörper-Farbstoff-Komplexes. Durch die Energieübertragung wird der Farbstoff angeregt und im Spektrum erscheint sein Fluoreszenzsignal mit einer Wellenlänge von 633 nm.

Die Bedeutung dieser Arbeit liegt auch darin, dass Autoantikörper in den meisten Fällen als diagnostische Marker verwendet werden können frühes Stadium Entstehung von Autoimmunerkrankungen. „Flüssige Mikrochips“ ermöglichen die Erstellung von Testsystemen, in denen sich Antigene unter viel natürlicheren Bedingungen befinden als auf einer Ebene (wie bei „normalen“ Mikrochips). Die bereits erzielten Ergebnisse ebnen den Weg für die Entwicklung eines neuen Typs klinischer Diagnosetests auf Basis der Verwendung von Quantenpunkten. Und die Umsetzung von Ansätzen, die auf dem Einsatz spektral kodierter flüssiger Mikrochips basieren, ermöglicht die gleichzeitige Bestimmung des Gehalts vieler Marker auf einmal, was die Grundlage für eine deutliche Steigerung der Zuverlässigkeit diagnostischer Ergebnisse und die Entwicklung früher diagnostischer Methoden ist .

Hybride molekulare Geräte

Die Möglichkeit, die spektralen Eigenschaften von Quantenpunkten flexibel zu steuern, ebnet den Weg zu nanoskaligen Spektralgeräten. Insbesondere QDs auf Basis von Cadmium-Tellur (CdTe) haben eine Erweiterung der spektralen Empfindlichkeit ermöglicht Bakteriorhodopsin(bP), bekannt für seine Fähigkeit, Lichtenergie zu nutzen, um Protonen durch eine Membran zu „pumpen“. (Der resultierende elektrochemische Gradient wird von Bakterien zur Synthese von ATP genutzt.)

Tatsächlich wurde ein neues Hybridmaterial erhalten: das Anbringen von Quantenpunkten violette Membran– eine Lipidmembran, die dicht gepackte Bakteriorhodopsin-Moleküle enthält – erweitert den Bereich der Lichtempfindlichkeit auf die UV- und blauen Bereiche des Spektrums, wo „normales“ bP kein Licht absorbiert (Abb. 8). Der Mechanismus der Energieübertragung von einem Quantenpunkt, der Licht im UV- und blauen Bereich absorbiert, auf Bakteriorhodopsin ist immer noch derselbe: Es ist FRET; Der Strahlungsakzeptor ist in diesem Fall Netzhaut- das gleiche Pigment, das im Photorezeptor Rhodopsin wirkt.

Abbildung 8. „Upgrade“ von Bakteriorhodopsin mithilfe von Quantenpunkten. Links: ein Proteoliposom, das Bakteriorhodopsin (in Form von Trimeren) enthält und an das Quantenpunkte auf CdTe-Basis „angenäht“ sind (dargestellt als orangefarbene Kugeln). Rechts: Schema zur Erweiterung der spektralen Empfindlichkeit von bR aufgrund von CT: Bereich im Spektrum Übernahmen QD liegt im UV- und blauen Teil des Spektrums; Spektrum Emissionen kann durch Wahl der Größe des Nanokristalls „abgestimmt“ werden. Allerdings wird in diesem System Energie nicht von Quantenpunkten emittiert: Die Energie wandert strahlungslos zum Bakteriorhodopsin, das tatsächlich funktioniert (H+-Ionen in das Liposom pumpt).

Proteoliposomen (Lipid-„Vesikel“, die einen bP-QD-Hybrid enthalten), die auf der Basis eines solchen Materials hergestellt werden, pumpen bei Beleuchtung Protonen in sich selbst und senken so effektiv den pH-Wert (Abb. 8). Diese scheinbar unbedeutende Erfindung könnte in Zukunft die Grundlage für optoelektronische und photonische Geräte bilden und im Bereich der elektrischen Energie und anderer Arten der photoelektrischen Umwandlung Anwendung finden.

Zusammenfassend ist hervorzuheben, dass Quantenpunkte in Form kolloidaler Nanokristalle die vielversprechendsten Objekte der Nano-, Bionano- und Biokupfer-Nanotechnologien sind. Nach dem ersten Nachweis der Fähigkeiten von Quantenpunkten als Fluorophore im Jahr 1998 herrschte mehrere Jahre lang eine Flaute im Zusammenhang mit der Entwicklung neuer, origineller Ansätze für die Verwendung von Nanokristallen und der Erkenntnis der potenziellen Fähigkeiten dieser einzigartigen Objekte. Aber in den letzten Jahren gab es einen starken Anstieg: Die Anhäufung von Ideen und deren Umsetzung führten zu einem Durchbruch bei der Entwicklung neuer Geräte und Werkzeuge, die auf der Verwendung von nanokristallinen Halbleiter-Quantenpunkten in Biologie, Medizin, Elektrotechnik und Solarenergie basieren Technologie und viele andere. Natürlich gibt es auf diesem Weg noch viele ungelöste Probleme, aber das wachsende Interesse, die wachsende Zahl von Teams, die sich mit diesen Problemen beschäftigen, die wachsende Zahl von Veröffentlichungen, die sich diesem Bereich widmen, lassen hoffen, dass Quantenpunkte zur Grundlage werden die nächste Generation von Geräten und Technologien.

Videoaufzeichnung der Rede von V.A Oleynikova beim zweiten Seminar des Rates junger Wissenschaftler des IBCh RAS am 17. Mai 2012.

Literatur

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Guten Tag, Habrazhiteliki! Ich denke, viele Leute haben bemerkt, dass immer häufiger Werbung für Displays auf Basis der Quantenpunkttechnologie, den sogenannten QD-LED-Displays (QLED), erscheint, und das trotz der Tatsache, dass dies der Fall ist im Moment es ist nur Marketing. Ähnlich wie bei LED-Fernsehern und Retina handelt es sich hierbei um eine Technologie zur Herstellung von LCD-Displays, die quantenpunktbasierte LEDs als Hintergrundbeleuchtung verwendet.

Ihr bescheidener Diener beschloss herauszufinden, was Quantenpunkte sind und wofür sie verwendet werden.

Anstatt vorzustellen

Quantenpunkt- ein Fragment eines Leiters oder Halbleiters, dessen Ladungsträger (Elektronen oder Löcher) in allen drei Dimensionen räumlich begrenzt sind. Die Größe des Quantenpunkts muss so klein sein, dass Quanteneffekte waren bedeutsam. Dies wird erreicht, wenn die kinetische Energie des Elektrons deutlich größer ist als alle anderen Energieskalen: zunächst einmal größer als die Temperatur, ausgedrückt in Energieeinheiten. Quantenpunkte wurden erstmals in den frühen 1980er Jahren von Alexei Ekimov in einer Glasmatrix und von Louis E. Brous in kolloidalen Lösungen synthetisiert. Der Begriff „Quantenpunkt“ wurde von Mark Reed geprägt.

Das Energiespektrum eines Quantenpunkts ist diskret und der Abstand zwischen stationären Energieniveaus des Ladungsträgers hängt von der Größe des Quantenpunkts selbst ab: - h/(2md^2), wobei:

  1. h – reduzierte Planck-Konstante;
  2. d ist die charakteristische Größe des Punktes;
  3. M- effektive Masse Elektron an einem Punkt
Wenn wir reden in einfacher Sprache Dann ist ein Quantenpunkt ein Halbleiter, dessen elektrische Eigenschaften von seiner Größe und Form abhängen.


Wenn sich beispielsweise ein Elektron auf ein niedrigeres Energieniveau bewegt, wird ein Photon emittiert; Da Sie die Größe eines Quantenpunkts anpassen können, können Sie auch die Energie des emittierten Photons und damit die Farbe des vom Quantenpunkt emittierten Lichts ändern.

Arten von Quantenpunkten

Es gibt zwei Arten:
  • epitaktische Quantenpunkte;
  • kolloidale Quantenpunkte.
Tatsächlich sind sie nach den Methoden benannt, mit denen sie gewonnen wurden. Ich werde aus diesem Grund nicht näher darauf eingehen große Menge chemische Begriffe (Google hilft). Ich möchte nur hinzufügen, dass es mithilfe der Kolloidsynthese möglich ist, Nanokristalle zu erhalten, die mit einer Schicht adsorbierter Tensidmoleküle überzogen sind. Sie sind daher in organischen Lösungsmitteln und nach Modifikation auch in polaren Lösungsmitteln löslich.

Quantenpunkt-Design

Typischerweise ist ein Quantenpunkt ein Halbleiterkristall, in dem Quanteneffekte realisiert werden. Ein Elektron in einem solchen Kristall fühlt sich an, als befände es sich in einem dreidimensionalen Potentialtopf und verfügt über viele stationäre Energieniveaus. Dementsprechend kann ein Quantenpunkt beim Übergang von einer Ebene zur anderen ein Photon emittieren. Bei all dem lassen sich die Übergänge leicht steuern, indem man die Abmessungen des Kristalls ändert. Es ist auch möglich, ein Elektron auf ein hohes Energieniveau zu übertragen und beim Übergang zwischen tiefer liegenden Niveaus Strahlung zu empfangen und dadurch Lumineszenz zu erhalten. Tatsächlich war es die Beobachtung dieses Phänomens, die als erste Beobachtung von Quantenpunkten diente.

Nun zu den Displays

Die Geschichte vollwertiger Displays begann im Februar 2011, als Samsung Electronics die Entwicklung eines Vollfarbdisplays auf Basis von QLED-Quantenpunkten vorstellte. Es handelte sich um ein 4-Zoll-Display, das von einer Aktivmatrix gesteuert wurde, d. h. Jedes Farbquantenpunktpixel kann durch einen Dünnschichttransistor ein- und ausgeschaltet werden.

Um einen Prototyp zu erstellen, wird eine Schicht Quantenpunktlösung auf eine Siliziumplatine aufgetragen und ein Lösungsmittel aufgesprüht. Anschließend wird ein Gummistempel mit Kammoberfläche in die Schicht aus Quantenpunkten gedrückt, abgetrennt und auf Glas oder flexiblen Kunststoff geprägt. Dabei werden Streifen aus Quantenpunkten auf ein Substrat aufgebracht. Bei Farbdisplays enthält jedes Pixel ein rotes, grünes oder blaues Subpixel. Dementsprechend werden diese Farben mit unterschiedlicher Intensität verwendet, um das Beste zu erzielen mehr Schattierungen.

Der nächste Entwicklungsschritt war die Veröffentlichung eines Artikels von Wissenschaftlern des Indian Institute of Science in Bangalore. Dort wurden Quantenpunkte beschrieben, die nicht nur in Orange, sondern auch im Bereich von Dunkelgrün bis Rot leuchten.

Warum ist LCD schlechter?

Der Hauptunterschied zwischen einem QLED-Display und einem LCD besteht darin, dass letzteres nur 20–30 % des Farbbereichs abdecken kann. Außerdem kann bei QLED-Fernsehern auf den Einsatz einer Schicht mit Lichtfiltern verzichtet werden, da die Kristalle beim Anlegen einer Spannung immer Licht mit einer klar definierten Wellenlänge und damit dem gleichen Farbwert aussenden.


Es gab auch Neuigkeiten über den Verkauf eines Computerdisplays auf Basis von Quantenpunkten in China. Leider hatte ich, anders als im Fernsehen, keine Gelegenheit, es mit eigenen Augen zu überprüfen.

P.S. Es ist erwähnenswert, dass der Anwendungsbereich von Quantenpunkten nicht nur auf LED-Monitore beschränkt ist, sondern dass sie unter anderem in Feldeffekttransistoren, Fotozellen und Laserdioden sowie in der Medizin und im Quantencomputer eingesetzt werden können wird auch untersucht.

P.P.S. Wenn wir über meine persönliche Meinung sprechen, dann glaube ich, dass sie in den nächsten zehn Jahren nicht beliebt sein werden, nicht weil sie wenig bekannt sind, sondern weil die Preise für diese Displays himmelhoch sind, aber ich möchte trotzdem auf Quanten hoffen Die Punkte werden in der Medizin Anwendung finden und nicht nur zur Gewinnsteigerung, sondern auch für gute Zwecke eingesetzt werden.

Quantenpunkte sind winzige Kristalle, die Licht mit genau kontrollierten Farbwerten aussenden. Die Quantum-Dot-LED-Technologie verbessert die Bildqualität erheblich, ohne dass sich dies theoretisch auf die Endkosten der Geräte auswirkt :).

Herkömmliche LCD-Fernseher können nur 20–30 % des Farbbereichs abdecken, den das menschliche Auge wahrnehmen kann. Das Bild ist nicht sehr realistisch, aber diese Technologie ist nicht auf die Massenproduktion großer Displaydiagonalen ausgerichtet. Wer den TV-Markt verfolgt, erinnert sich, dass Sony bereits Anfang 2013 den ersten Fernseher auf den Markt brachte Fernseher auf Basis von Quantenpunkten (Quantum Dot LED, QLED). Große TV-Hersteller werden in diesem Jahr Quantum-Dot-TV-Modelle herausbringen; Samsung hat sie in Russland bereits unter dem Namen SUHD vorgestellt, aber mehr dazu am Ende des Artikels. Lassen Sie uns herausfinden, wie sich mit QLED-Technologie hergestellte Displays von den bereits bekannten LCD-Fernsehern unterscheiden.

Bei LCD-Fernsehern mangelt es an reinen Farben

Schließlich bestehen Flüssigkristallanzeigen aus 5 Schichten: Die Quelle ist weißes Licht, das von LEDs emittiert wird und mehrere Polarisationsfilter passiert. Vorne und hinten angeordnete Filter steuern zusammen mit Flüssigkristallen den durchtretenden Lichtstrom und verringern oder erhöhen dessen Helligkeit. Dies geschieht dank Pixeltransistoren, die die Lichtmenge beeinflussen, die durch die Filter (Rot, Grün, Blau) gelangt. Die erzeugte Farbe dieser drei Subpixel, auf die Filter angewendet werden, ergibt einen bestimmten Farbwert des Pixels. Die Farbmischung erfolgt recht reibungslos, reines Rot, Grün oder Blau ist auf diese Weise aber einfach nicht zu erreichen. Der Stein des Anstoßes sind Filter, die nicht nur eine Welle einer bestimmten Länge, sondern eine ganze Reihe von Wellen unterschiedlicher Länge übertragen. Beispielsweise passiert orangefarbenes Licht auch einen roten Filter.

Eine LED gibt Licht ab, wenn Spannung an sie angelegt wird. Dadurch werden Elektronen (e) vom N-Typ-Material auf das P-Typ-Material übertragen. Material vom N-Typ enthält Atome mit einer überschüssigen Anzahl an Elektronen. Material vom P-Typ enthält Atome, denen Elektronen fehlen. Wenn überschüssige Elektronen in letzteres eindringen, geben sie Energie in Form von Licht ab. In einem herkömmlichen Halbleiterkristall ist dies typischerweise weißes Licht, das in vielen verschiedenen Wellenlängen erzeugt wird. Der Grund dafür ist, dass Elektronen unterschiedliche Energieniveaus haben können. Dadurch haben die resultierenden Photonen (P) unterschiedliche Energien, was zu unterschiedlichen Strahlungswellenlängen führt.

Lichtstabilisierung mit Quantenpunkten

IN QLED-Fernseher Als Lichtquelle dienen Quantenpunkte – das sind nur wenige Nanometer große Kristalle. In diesem Fall ist keine Schicht mit Lichtfiltern erforderlich, da die Kristalle beim Anlegen einer Spannung immer Licht mit einer klar definierten Wellenlänge und damit Farbwert emittieren. Dieser Effekt wird durch die winzige Größe eines Quantenpunktes erreicht, in dem sich ein Elektron, ähnlich wie in einem Atom, nur in einem begrenzten Raum bewegen kann. Wie in einem Atom kann das Elektron eines Quantenpunkts nur streng definierte Energieniveaus einnehmen. Dadurch, dass diese Energieniveaus auch vom Material abhängen, wird es möglich, die optischen Eigenschaften von Quantenpunkten gezielt einzustellen. Um beispielsweise eine rote Farbe zu erhalten, werden Kristalle aus einer Legierung aus Cadmium, Zink und Selen (CdZnSe) verwendet, deren Größe etwa 10–12 nm beträgt. Cadmium- und Selenlegierung, geeignet für Gelb, Grün und blaue Farben Letzteres kann auch durch Nanokristalle aus einer Zink-Schwefel-Verbindung mit einer Größe von 2–3 nm gewonnen werden.

Die Massenproduktion blauer Kristalle ist sehr aufwändig und teuer, daher handelt es sich bei dem 2013 von Sony vorgestellten Fernseher nicht um einen „Vollblut“ QLED-Fernseher auf Basis von Quantenpunkten. Auf der Rückseite der von ihnen hergestellten Displays befindet sich eine Schicht blauer LEDs, deren Licht durch eine Schicht roter und grüner Nanokristalle dringt. Damit ersetzen sie im Wesentlichen die heute üblichen Lichtfilter. Dadurch erhöht sich der Farbraum im Vergleich zu herkömmlichen LCD-Fernsehern um 50 %, erreicht jedoch nicht das Niveau eines „reinen“ QLED-Bildschirms. Letztere haben neben einem größeren Farbraum einen weiteren Vorteil: Sie sparen Energie, da keine Schicht mit Lichtfiltern erforderlich ist. Dadurch erhält auch der vordere Teil des Bildschirms bei QLED-Fernsehern Empfang mehr Licht als in normale Fernseher, die nur etwa 5 % des Lichtstroms durchlassen.

QLED-Fernseher mit Display basierend auf der Quantum-Dot-Technologie von Samsung

Samsung Electronics präsentierte in Russland Premium-Fernseher, die mit Quantenpunkttechnologie hergestellt wurden. Neue Produkte mit einer Auflösung von 3840 × 2160 Pixeln waren nicht billig, und das Flaggschiffmodell kostete 2 Millionen Rubel.

Innovationen. Gebogen Samsung-Fernseher Auf Quantenpunkten basierende SUHDs unterscheiden sich von herkömmlichen LCD-Modellen durch höhere Farbwiedergabeeigenschaften, Kontrast und Stromverbrauch. Mit der integrierten SUHD Remastering Engine können Sie Videoinhalte mit niedriger Auflösung auf 4K hochskalieren. Darüber hinaus erhielten die neuen Fernseher die intelligente Hintergrundbeleuchtung Peak Illuminator und Precision Black, Nano Crystal Color-Technologie (verbessert Farbsättigung und Natürlichkeit), UHD Dimming (sorgt für optimalen Kontrast) und Auto Depth Enhancer ( automatische Einstellung Kontrast für bestimmte Bildbereiche). Die Software des Fernsehers basiert auf dem Tizen-Betriebssystem mit einer aktualisierten Plattform Samsung Smart FERNSEHER.

Preise. Die Samsung SUHD-TV-Familie wird in drei Serien (JS9500, JS9000 und JS8500) präsentiert, deren Preis bei 130.000 Rubel beginnt. So viel wird das 48-Zoll-Modell UE48JS8500TXRU russische Käufer kosten. Der Höchstpreis für einen Fernseher mit Quantenpunkten beträgt 2 Millionen Rubel – für das Modell UE88JS9500TXRU mit einem 88-Zoll-Curved-Display.

Fernseher der neuen Generation mit QLED-Technologie werden von den südkoreanischen Samsung Electronics und LG Electronics, den chinesischen TCL und Hisense sowie dem japanischen Sony vorbereitet. Letzterer hat bereits LCD-Fernseher auf den Markt gebracht, die mit der Quantum-Dot-Technologie hergestellt wurden, die ich in der Beschreibung der Quantum-Dot-LED-Technologie erwähnt habe.