Unieke optische kenmerken van kwantumdots maken ze een aantrekkelijk hulpmiddel voor veel toepassingen, van geavanceerde displays tot medische beeldvorming. Fysiek, chemische of biologische eigenschappen van quantum dots moeten, echter, worden aangepast voor specifieke toepassingen. Helaas, kwantumdots bereid door chemische methoden met behulp van op koper gebaseerde klikreacties vernietigen het vermogen van kwantumdots om licht uit te stralen. Russische wetenschappers hebben aangetoond, echter, dat zinkoxide (ZnO) quantum dots bereid met een nieuwe methode, na modificatie door de klikreactie via koperionen, hun vermogen om licht uit te stralen volledig behouden.

"Klikreacties gekatalyseerd door koperkationen hebben lang de aandacht getrokken van chemici die zich bezighouden met kwantumstippen. De experimentele resultaten, echter, waren teleurstellend:na wijziging, de luminescentie was zo slecht dat ze gewoon niet geschikt waren voor gebruik. We waren de eersten die aantoonden dat het mogelijk is om kwantumdots te produceren uit organometaalprecursoren met behoud van hun waardevolle optische eigenschappen na te zijn onderworpen aan door koper gekatalyseerde klikreacties, " zegt prof. Janusz Lewinski (IPC PAS, FC WUT).

Quantum dots zijn kristallijne structuren van enkele nanometers groot. Als halfgeleidermaterialen, ze vertonen een verscheidenheid aan interessante kenmerken die typerend zijn voor kwantumobjecten, inclusief het absorberen en uitzenden van straling met een strikt gedefinieerde energie. Omdat atomen op een vergelijkbare manier met licht interageren, kwantumstippen worden vaak kunstmatige atomen genoemd. In sommige opzichten, echter, quantum dots zijn veelzijdiger dan atomen. Optische eigenschappen van elke stip hangen eigenlijk af van de grootte en het soort materiaal waaruit ze zijn gevormd. Dit betekent dat kwantumdots precies kunnen worden ontworpen voor specifieke toepassingen.

Om ze aan te passen voor specifieke toepassingen, kwantumdots moeten op maat worden gemaakt in termen van fysisch-chemische eigenschappen. Voor dit doeleinde, chemische moleculen met geschikte eigenschappen zijn aan hun oppervlak gehecht. Door de eenvoud, werkzaamheid, en snelheid van het proces, een bijzonder handige methode is de klikreactie. Helaas, koperion-klikreacties resulteren in de bijna volledige uitdoving van de luminescentie van de kwantumstippen.

"Mislukken is meestal een gevolg van de ontoereikende kwaliteit van kwantumdots, die wordt bepaald door de synthesemethode. Momenteel, ZnO-dots worden voornamelijk geproduceerd door de sol-gel-methode uit anorganische voorlopers. Quantum dots die op deze manier worden gegenereerd, zijn bedekt met een heterogene en waarschijnlijk lekkende beschermende schaal, gemaakt van verschillende soorten chemische moleculen. Tijdens een klikreactie, de koperionen staan ​​in direct contact met het oppervlak van quantum dots en doven de luminescentie van de dot, die volkomen nutteloos wordt, " legt Dr. Agnieszka Grala (IPC PAS) uit, de eerste auteur van het artikel in de Chemische communicatie logboek.

Voor meerdere jaren, Het team van prof. Lewinski heeft alternatieve methoden ontwikkeld voor de bereiding van hoogwaardige ZnO-kwantumdots. De methode die in dit artikel wordt gepresenteerd, levert de kwantumstippen die zijn afgeleid van organozink-precursoren. De samenstelling van de nanodeeltjes kan worden geprogrammeerd in het stadium van de voorbereiding van de voorlopers, wat het mogelijk maakt om het karakter van hun organisch-anorganische interface nauwkeurig te controleren.

"Nanodeeltjes die met onze methode worden geproduceerd, zijn kristallijn en hebben allemaal bijna dezelfde grootte. Ze zijn bolvormig en hebben kenmerken van typische kwantumstippen. Elk nanodeeltje wordt gestabiliseerd door een ondoordringbare beschermende mantel, opgebouwd uit organische verbindingen, sterk verankerd op het oppervlak van de halfgeleiderkern. Als resultaat, onze kwantumstippen blijven lange tijd stabiel en aggregeren niet, dat wil zeggen:samenklonteren in oplossingen, " zegt Malgorzata Wolska-Pietkiewicz, een promovendus bij FC WUT.

"De sleutel tot succes is het produceren van een uniforme stabiliserende schaal. Dergelijke coatings zijn kenmerkend voor de ZnO-kwantumdots die met onze methode zijn verkregen. De organische laag gedraagt ​​​​zich als een strakke beschermende paraplu die stippen beschermt tegen directe invloed van de koperionen, " zegt Dr. Grala en verduidelijkt:"We hebben een klikreactie uitgevoerd die bekend staat als alkyn-azide-cycloadditie, waarin we een koper(l)-verbinding als katalysator gebruikten. Na functionalisering, onze kwantumstippen schenen net zo helder als in het begin."

Quantum dots hebben meerdere toepassingen in verschillende industriële processen en als nanomarkers in biologie en geneeskunde, waar ze worden gecombineerd met biologisch actieve moleculen. Op deze manier gefunctionaliseerde nanoobjecten worden gebruikt om zowel individuele cellen als hele weefsels te labelen. De unieke eigenschappen van kwantumdots maken het ook mogelijk om het gelabelde item op de lange termijn te monitoren. Veelgebruikte kwantumdots, echter, giftige zware metalen bevatten, inclusief cadmium. In aanvulling, ze klonteren samen in oplossingen, die de stelling van het gebrek aan dichtheid van hun schelpen ondersteunt. In de tussentijd, de ZnO-dots geproduceerd door de groep van prof. Lewinski zijn niet-toxisch, ze aggregeren niet, en kan worden gebonden aan vele chemische verbindingen, dus ze zijn meer geschikt voor medische diagnose en voor het afbeelden van cellen en weefsels.