ویژگی‌های نوری-فیزیکی منحصر به فرد این نقاط کوانتومی محققان را بر آن داشته تا از این نانو ذرات به عنوان ردیاب‌های فلوئورسانتی موثر، در ردیابی سلول‌های موجودات زنده، تصویر‌برداری و تشخیص‌های پزشکی استفاده کنند.
نقاط کوانتومی، نانو کریستال‌های نیمه هادی با قطر 2 تا 10 نانومتر هستند که بعد از تحریک شدن، از خود نور ساطع می‌کنند و به طور معمول از 200 تا 10000 اتم تشکیل شده‌اند. ساختار کلی یک نقطه‌ی کوانتومی، شامل هسته، پوسته و پوشش دهنده (شکل 1) است. هسته از اتم‌های گروه II-VI به عنوان مثال سلنید کادمیوم (CdSe) ، یا III-V مثل فسفات ایندیوم عناصر جدول تناوبی تشکیل شده است. یک پوسته از جنس نیمه هادی دیگر، در اغلب موارد سولفید روی (ZnS) ، به منظور بهبود ویژگی‌های نوری و افزایش پایداری و کاهش سمیت سلولی، هسته را می‌پوشاند. در نهایت یک پوشش آلی برای آبدوست کردن نانوذره به‌کار برده می‌شود که جایگاهی برای اتصال بیوملکول‌های مختلف از جمله، الیگونوکلئوتید‌ها، پروتئین‌ها، پپتیدها و مولکول‌های کوچک نیز به شمار می‌رود.
شکل 1: ساختار کلی یک نقطه‌ی کوانتومی
ویژگی‌های نوری-فیزیکی منحصر به فرد این نقاط کوانتومی همراه با پیشرفت‌های قابل توجهی که در ساخت، پوشش‌دار کردن و اتصال انواع ملکول‌های زیستی، صورت گرفته است، محققان را بر آن داشته تا از این نانو ذرات به عنوان ردیاب‌های فلوئورسانتی موثر، در ردیابی سلول‌های موجودات زنده، تصویر‌برداری و تشخیص‌های پزشکی استفاده کنند.
استفاده‌ی روز افزون از نقاط کوانتومی در ردیابی سلول‌های موجودات زنده، نگرانی‌های بی‌شماری را مبنی بر سمی بودن این ذرات ایجاد کرده است به طوری‌که در حال حاضر این نگرانی‌ها یکی از موانع اصلی در استفاده از این مواد در مطالعات بالینی است. اما عوامل متعددی در مسمومیت سلولی ناشی از نقاط کوانتومی موثر است، از جمله، اندازه، بار الکتریکی، غلظت، عوامل پوشش‌دهنده و ... که هر یک از آن‌ها بایستی جداگانه مورد بررسی قرار بگیرند. به عنوان مثال، بررسی‌ها نشان می‌دهد که نقاط کوانتومی با اندازه ی 2/2 نانومتری در مقایسه با نقاط کوانتومی 2/5 نانومتری مسمومیت جدی‌تری را به سلول‌ها وارد می‌کنند. که دلیل آن را می‌توان به نحوه‌ی پراکندگی نانوذرات دانست. نانو ذرات بزرگتر در داخل سیتوپلاسم تجمع می‌یابند در حالی که ذرات کوچکتر اغلب وارد فضای بین هسته‌ای می‌شوند و با برهم‌کنش با اسیدهای نوکلئیک و پروتئین‌های هسته‌ای می‌توانند انواع مختلفی از مسمومیت‌های ژنتیکی را موجب شوند.
| |
نقاط کوانتومی و ساخت آشکارسازهای مادون قرمز |
نقاط کوانتومي قابليت توليد نور در طول موج‌هاي خاص را دارند، در واقع با کنترل ابعاد نقاط کوانتومي، ميدان الکترومغناطيسي، نور را در رنگ‌ها و طول موج‌هاي مختلف، منتشر مي‌کند. به عنوان مثال، نقاط کوانتومي از جنس آرسنيد کادميوم با ابعاد 3 نانومتر نور سبز منتشر مي‌کند؛ درحالي که ذراتي به بزرگي 5/5 نانومتر از همان ماده، نور قرمز منتشر مي‌کند.
به همین خاطر از نقاط کوانتومي در ساخت آشکارسازهاي مادون قرمز مي توان استفاده نمود. اين آشکارسازها براي عملکرد صحيح بايد دردماهاي بسيار پائين، نزديک به 80 درجه کلوين کارکنند، بنابراين قابل استفاده در دماي اتاق نيستند که براي خنک سازي اين آشکارسازها از اکسيژن مايع و خنک سازي الکترونيکي استفاده مي‌شود. درصورتي که از آشکارسازهاي ساخته شده با استفاده از نقاط کوانتومي مي توان به راحتي در دماي اتاق استفاده کرد.
| |
نقاط کوانتومی و ساخت سلول‌های خورشیدی |
به دلیل افزایش نیاز بشر به منابع انرژی پاک، صنعت تولید سلول‌های خورشیدی با سرعت بسیاری در حال گسترش است. سلول‌های خورشیدی سیلیکونی رایج، توانایی لازم برای تبدیل تمام انرژی فوتون‌ها ی جذب شده به الکترون ها، حفره های آزاد و در نهایت تولید الکتریسیته را ندارد. از سوی دیگر، به علت قیمت بالای مواد خام نیمه هادی و نیز فرایندهایی که برای تبدیل مواد خام نیمه هادی به سلول های کاربردی نیاز است، هزینه ی تولید این سلول‌ها بسیار بالاست. نقاط کوانتومی به خاطر اندازه‌ی منحصر به فردشان از قابلیت های مهمی برای برقراری تعامل نوری با منبع نور، برخوردار هستند. نقاط کوانتومی به ازای هر فوتون می‌توانند به هنگام قرار گرفتن در معرض نور ماوراء بنفش، انرژی بیش از یک الکترون را تولید کند و این در حالی است که سلول‌های خورشیدی سیلیکونی رایج، توانایی تولید یک الکترون را دارند.
از آنجایی که این ذرات کوانتومی، بسیار کوچک هستند می‌توان آن‌ها را روی سطوح انعطاف‌پذیر مختلف، نظیر پلاستیک‌ها اسپری کرد. درنتیجه از یک سو، تولید پیل‌های خورشیدی با قیمت پایین‌تری نسبت به پیل‌های خورشیدی رایج انجام می‌شود و از سویی دیگر، نقاط کوانتومی به‌شدت به‌هم فشرد شده و فاصله میان نقاط کوانتومی کاهش می‌یابد که این موضوع موجب افزایش بهره تبدیل انرژی و تولید جریان الکتریسیته می‌شود.
منبع:
http://ebestselling.info/en/news/Technology-News/Two-for-one-Quantum-dot-solar-cells-boost-power-30/
نویسنده: عاطفه قویدست
دانشجوی سال دوم دکتری شیمی آلی
دانشگاه گیلان