Unika optiska egenskaper hos kvantpunkter gör dem till ett attraktivt verktyg för många applikationer, från banbrytande skärmar till medicinsk bildbehandling. Fysisk, kemiska eller biologiska egenskaper hos kvantprickar måste, dock, anpassas för specifika tillämpningar. Tyvärr, kvantprickar framställda med kemiska metoder med kopparbaserade klickreaktioner förstör kvantprickarnas förmåga att avge ljus. Ryska forskare har visat, dock, att zinkoxid (ZnO) kvantprickar framställda med en ny metod, efter modifiering genom klickreaktionen via kopparjoner, behåller sin förmåga att avge ljus.

"Klickreaktioner katalyserade av kopparkatjoner har länge uppmärksammats av kemister som hanterar kvantprickar. De experimentella resultaten, dock, var en besvikelse:Efter ändring, luminescensen var så dålig att de bara inte var lämpliga att använda. Vi var de första som visade att det är möjligt att producera kvantprickar från organometalliska prekursorer samtidigt som deras värdefulla optiska egenskaper bevaras efter att de utsatts för kopparkatalyserade klickreaktioner, "säger professor Janusz Lewinski (IPC PAS, FC WUT).

Kvantprickar är kristallina strukturer med några nanometer stora. Som halvledarmaterial, de uppvisar en mängd intressanta funktioner som är typiska för kvanteobjekt, inklusive att absorbera och avge strålning med en strikt definierad energi. Eftersom atomer interagerar med ljus på ett liknande sätt, kvantprickar kallas ofta konstgjorda atomer. I vissa avseenden, dock, kvantprickar är mer mångsidiga än atomer. Optiska egenskaper för varje prick beror faktiskt på storleken och typen av material från vilket de bildas. Detta innebär att kvantpunkter kan vara exakt utformade för specifika applikationer.

För att anpassa dem för specifika applikationer, kvantprickar måste skräddarsys när det gäller fysikalisk-kemiska egenskaper. För det här syftet, kemiska molekyler med lämpliga egenskaper är fästa på deras yta. På grund av enkelheten, effektivitet, och hastigheten på processen, en exceptionellt bekväm metod är klickreaktionen. Tyvärr, kopparjonklickreaktioner resulterar i nästan fullständig släckning av luminescensen hos kvantprickarna.

"Misslyckande är vanligtvis ett resultat av den otillräckliga kvaliteten på kvantpunkter, som bestäms med syntesmetoden. För närvarande, ZnO-prickar produceras huvudsakligen med sol-gel-metoden från oorganiska prekursorer. Kvantprickar som genereras på detta sätt är belagda med ett heterogent och troligen läckande skyddande skal, består av olika slags kemiska molekyler. Under en klickreaktion, kopparjoner är i direkt kontakt med ytan av kvantprickar och släcker prickens luminescens, som blir helt värdelös, "förklarar Dr Agnieszka Grala (IPC PAS), den första författaren till artikeln i Kemisk kommunikation tidning.

För några år, Professor Lewinskis team har utvecklat alternativa metoder för framställning av högkvalitativa ZnO -kvantpunkter. Metoden som presenteras i detta dokument ger de kvantprickar som härrör från organozinkprekursorer. Sammansättningen av nanopartiklarna kan programmeras i förstadieförberedelsestadiet, vilket gör det möjligt att exakt styra karaktären hos deras organiska-oorganiska gränssnitt.

"Nanopartiklar som produceras med vår metod är kristallina och alla har nästan samma storlek. De är sfäriska och har egenskaper som typiska kvantprickar. Varje nanopartikel stabiliseras av en ogenomtränglig skyddande jacka, byggd av organiska föreningar, starkt förankrad på ytan av halvledarkärnan. Som ett resultat, våra kvantprickar förblir stabila under lång tid och aggregerar inte - det vill säga klumpa ihop i lösningar, "säger Malgorzata Wolska-Pietkiewicz, doktorand vid FC WUT.

"Nyckeln till framgång är att producera ett enhetligt stabiliserande skal. Sådana beläggningar är karakteristiska för ZnO -kvantprickarna som erhålls med vår metod. Det organiska lagret fungerar som ett tätt skyddande paraply som skyddar prickar från direkt påverkan av kopparjonerna, "säger Dr Grala och förtydligar:" Vi genomförde en klickreaktion som kallas alkyne-azid-cycloaddition, där vi använde en koppar (l) förening som katalysatorer. Efter funktionalisering, våra kvantprickar lyste lika starkt som i början. "

Quantum dots har flera tillämpningar i olika industriella processer och som nanomarkörer inom biologi och medicin, där de kombineras med biologiskt aktiva molekyler. Nanoobjekt funktionaliserade på detta sätt används för att märka både enskilda celler såväl som hela vävnader. De unika egenskaperna hos kvantprickar möjliggör också långsiktig övervakning av det märkta objektet. Vanliga kvantprickar, dock, innehåller giftiga tungmetaller, inklusive kadmium. Dessutom, de klumpar sig samman i lösningar, som stöder tesen om bristen på täthet i deras skal. Under tiden, ZnO-prickarna som produceras av prof. Lewinskis grupp är giftfria, de aggregerar inte, och kan bindas till många kemiska föreningar, så de är mer lämpliga för medicinsk diagnos och för avbildning av celler och vävnader.