Kas yra fluorescenciniai nanodeimantai?

Kokie yrafluorescenciniai nanodeimantai?

Fluorescenciniai nanodeimantai (FND) yra nanodeimantų medžiagos, kurių dydis svyruoja nuo kelių nanometrų iki kelių šimtų nanometrų, kurios turi galimybę skleisti fluorescenciją dėl optiškai aktyvių "spalvų centro" defektų įvedimo į jų deimantų kristalinę gardelę. Jų dvi pagrindinės programos yrabiovaizdavimasirkvantinis jutimas.

Tai, kas daro juos tikrai unikalius, yra jų gebėjimas „spinduliuoti šviesą, nesumažinant šviesos poveikio“. Skirtingai nuo įprastų organinių dažų ar kvantinių taškų, kurie išblunka (arba „fotobalina“) esant intensyviam apšvietimui, deimantų spalvų centrai yra ypač stabilūs. Be to, kadangi jie pasižymi itin mažu citotoksiškumu, jie idealiai tinka ilgalaikiam, labai tiksliam biologiniam ženklinimui ir ląstelių sekimui.

1 Iš kur atsiranda fluorescencija? Šviesos spinduliavimas per "spalvų centrus"

Deimantas gryna forma yra anglies kristalinė gardelė, kuri neskleidžia šviesos. FND (fluorescencinių nanodeimantų) fluorescencija kyla iš "spalvų centrų" - atominės skalės defektų - grotelės viduje. Labiausiai paplitęs ir plačiausiai ištirtas tipas yraNV (azoto laisvų darbo vietų) centras: azoto atomas pakeičia anglies atomą, kartu atsiranda gretima laisva vieta. Ši pora skleidžia raudoną šviesą, kai ją sužadina žalia šviesa (nulinė fonono linija yra maždaug 637 nm, o spektrinis diapazonas apima maždaug 600–800 nm). Be NV centrų, yra ir kitų centrų, tokių kaip silicio laisvos vietos (SiV) ir germanio laisvos vietos (GeV) centrai, kurie skleidžia artimą infraraudonąją šviesą, todėl jie yra ypač tinkami vaizdavimui giliai biologiniuose audiniuose.

Šie spalvų centrai paprastai įvedami vienu iš dviejų būdų: arba įtraukiant azoto priemaišas aukšto slėgio, aukštos temperatūros (HPHT) sintezės metu, po kurios atliekamas švitinimas ir atkaitinimas, arba implantuojant nanodeimantus ir vėliau termiškai apdorojant. Kadangi viename nanodeimante gali būti keli NV centrai, FND vienu metu veikia kaip fluorescenciniai zondai ir atominio masto kvantiniai jutikliai.

2. Kodėl jis pranoksta dažus ir kvantinius taškus

• Atsparumas fotobalinimui: Įterpti į standžią deimanto krištolinę gardelę, spalvų centrai neišblunka net ir esant ilgalaikiam intensyviam apšvietimui, todėl galima nepertraukiamai vaizduoti kelias valandas ar net dienas.
• Puikus biologinis suderinamumas: Deimantas yra chemiškai inertiškas ir netoksiškas; kai jo paviršius yra funkcionalizuotas tokiomis grupėmis kaip karboksilas, amino ar PEG, jis gali būti įvestas tiesiai į ląsteles.
• Didelis fluorescencijos ryškumas ir platus spektro diapazonas: Jis spinduliuoja raudonoje / beveik infraraudonųjų spindulių srityje ir pasižymi žema fono autofluorescencija.
• Daugiafunkciškumas ir išplečiamumas: Vienas fluorescencinis nanodeimantas (FND) gali būti naudojamas ir kaip fluorescencinio vaizdo zondas, ir kaip magnetinių laukų, temperatūros ar elektrinių laukų nanoskalės jutiklis.

3. Taikymo sritys: nuo biologinio ženklinimo iki kvantinio jutimo

• 1. Biologinis vaizdas ir ląstelių sekimas: Fluorescenciniai nanodeimantai (FND) yra plačiai naudojami ilgalaikiam ląstelių žymėjimui, kamieninių ląstelių sekimui ir naviko metastazių takų tyrimui. Kadangi jie nebalina foto, jie leidžia nuolat sekti ląstelių migraciją in vivo kelias savaites – tai neįmanoma naudojant organinius dažus. Kartu su didelės raiškos vaizdo gavimo metodais (pvz., STED, PALM arba STORM), FND netgi gali įgalinti vaizdą vienos molekulės skyros lygiu.
• 2. Vaistų pristatymas ir teranostika: Nanodeimantų paviršius gali būti apkrautas vaistais, tokiais kaip doksorubicinas ar cisplatina, kad susidarytų nanodeimantų ir polimerų kompleksai, kurie palengvina ilgalaikį terapinių medžiagų išsiskyrimą. Tuo pačiu metu FND fluorescencija gali būti naudojama šių vaistų pasiskirstymui sekti, sukuriant tai, kas vadinama „teranostinė“ (terapinė + diagnostinė) platforma.
• 3. Kvantinis jutimas: NV centrų „supergalios“.: Azoto laisvos vietos (NV) centrai yra labai jautrūs magnetiniams laukams, temperatūrai ir elektriniams laukams, todėl šiandien jie yra viena ryškiausių kietojo kūno kvantinio jutimo platformų.

• Pagrindinės programos apima:

  Neuromagnetinis vaizdavimas: FND naudojimas silpniems magnetiniams laukams, atsirandantiems dėl neuronų šaudymo, matuoti, kad būtų galima aptikti smegenų signalus nenaudojant fizinių elektrodų.
  Intraląstelinė termometrija: patekę į gyvas ląsteles, nanodeimantai gali matuoti vietinę temperatūrą realiu laiku, palengvindami ląstelių metabolizmo tyrimą.
  Puslaidininkių defektų aptikimas: naudojant NV pagrįstą magnetinę mikroskopiją, kad būtų galima aptikti vidines sroves ir puslaidininkinių lustų defektus.

• 4. Kova su padirbinėjimu ir saugumas: Unikalūs FND fluorescenciniai spektrai gali būti labai saugūs prekių, tokių kaip banknotai, prabangos prekės ir tapatybės dokumentai, apsaugos nuo padirbinėjimo žymekliai.

4. Plėtros istorija: nuo laboratorijos iki komercializavimo

• 1960s–1980s: NV centrai buvo aptikti dideliame deimante; tyrimai pirmiausia buvo atliekami kietojo kūno fizikos laboratorijose, taikant spektroskopiją.
• 1990s: Buvo pasiekta didelio masto detonacinių nanodeimantų gamyba, sukuriant materialinį fluorescencinių nanodeimantų (FND) pagrindą.
• 2005–2008: Tyrimų grupės, įskaitant Jeilio universiteto, pradėjo naudoti NV centro turinčius nanodeimantus kaip biologinius fluorescencinius zondus, parodydamos jų fotostabilumą ir mažą toksiškumą gyvose ląstelėse.
• 2008–2015: NV centru pagrįsto kvantinio jutimo srityje išaugo aktyvumas; tyrimų grupės tokiose institucijose kaip Harvardo universitetas, Štutgarto universitetas ir Kaizerslauterno universitetas demonstravo taikymą, įskaitant nanoskalės magnetometriją ir vienos ląstelės termometriją.
• 2015 – dabar: FND tapo komerciškai prieinami; Kvantinio jutimo technologijos tobulėja link pramoninių prototipų, o biomedicinos taikymas pateko į ikiklinikinių tyrimų etapą.

Kaip pavyzdį paimkime kietą geležtę: tiksliai apdirbtas aliuminio stebulė įdedama į formą ir jai atliekamas išankstinis galvanizavimo apdorojimas – riebalų šalinimas, oksidų pašalinimas, rūgštinimas ir aliuminio aktyvinimas. Tada jis elektroformuojamas elektrolite, sumaišytame su deimantų smėliu; nikelio jonai nusėda ant stebulės paviršiaus, sluoksnį po sluoksnio fiksuodami deimantų grūdelius nikelio dangos viduje, kol susidaro visiškai plonas deimantinis ratas.

5. Ateities perspektyva

Tobulėjant FND (fluorescencinių nanodeimantų) gamybos procesams, reikia atkreipti dėmesį į keletą pagrindinių sričių: Pirma,iki 10 nm, vieno NV centro itin maži FNDsiekiant dar labiau sumažinti tarpląstelinius trukdžius ir padidinti kvantinio jutimo jautrumą. Antra, paviršiaus chemijos standartizavimas, siekiant užtikrinti partijų nuoseklumą ir palengvinti klinikinį vertimą. Trečia, kvantinio jutimo komercializavimas, ypač tokiose srityse kaip puslaidininkių tikrinimas, neurologijos mokslas ir nešiojamasis magnetinio rezonanso tyrimas (mikro-MRT). Ketvirta, multimodalinių diagnostinių ir terapinių platformų kūrimas integruojant FND su kitomis nanomedžiagomis (pvz., kvantiniais taškais arba magnetinėmis nanodalelėmis).

Numatoma, kad FND išsivystys iš „nišinės laboratorinės medžiagos“ link dviejų trilijonų dolerių rinkų sankirtos: biomedicinos ir kvantinio jutimo.

Apie huicetools:Huicetools yra specializuotas deimantinių įrankių gamintojas. Įkurta 2006 m., įmonė siūlo didelę pramonės patirtį, tiesioginius pardavimus iš gamyklos ir puikų kainos ir kokybės santykį. Į pagrindinį produktų asortimentą įeina deimantiniai segmentai, deimantiniai žiediniai pjūklai, deimantiniai sieniniai pjūklai, deimantiniai vieliniai pjūklai, deimantiniai šlifavimo batai, deimantiniai šlifavimo diskai, deimantiniai pjovimo diskai, deimantiniai šlifavimo segmentai, deimantinio šlifavimo ir poliravimo padas / diskas ir grąžtai, skirti akmens apdirbimui ir statyboms bei inžinerinėms reikmėms.

Atsisakymas:Šis straipsnis yra sudarytas ir pritaikytas iš viešai prieinamos informacijos apie Kinijos internetą ir bendrų pramonės žinių; jis skirtas tik profesiniams mainams ir informacijai. Čia paminėti techniniai parametrai, taikymo sritys ir kūrimo etapai yra tik švietimo tikslais; faktinės savybės gali skirtis priklausomai nuo gamybos metodų ir konkrečių naudojimo sąlygų. Bendrovė negarantuoja šios informacijos išsamumo, tikslumo ar savalaikiškumo, todėl ji neturėtų būti vertinama kaip patarimas priimant sprendimus dėl investicijų ar pirkimų. Norėdami atkurti ar cituoti, susisiekite su Huicetools ir nurodykite pirminį šaltinį.