Графеновая квантовая точка
 | В этой статье есть несколько проблем. Пожалуйста, помогите улучшить его или обсудите эти проблемы на странице обсуждения . ( Узнайте, как и когда удалять эти шаблонные сообщения )
|
Графеновые квантовые точки ( ГКТ ) — это графена наночастицы размером менее 100 нм . [1] Благодаря своим исключительным свойствам, таким как низкая токсичность, стабильная фотолюминесценция , химическая стабильность и выраженный эффект квантового ограничения , GQD считаются новым материалом для биологических, оптоэлектронных, энергетических и экологических приложений. [2]
Характеристики
[ редактировать ]Графеновые квантовые точки (ГКТ) состоят из одного или нескольких слоев графена и имеют размер менее 100 нм. [3] [1] Они химически и физически стабильны, имеют большое отношение поверхности к массе и легко диспергируются в воде благодаря функциональным группам по краям. [4] [5] Флуоресцентное излучение GQD может распространяться в широком спектральном диапазоне, включая УФ, видимый и ИК. Происхождение эмиссии флуоресценции ГКТ является предметом дискуссий, поскольку оно связано с эффектами квантового ограничения, дефектными состояниями и функциональными группами. [6] [7] это может зависеть от pH , когда GQD диспергируются в воде. [8] Их электронная структура сильно зависит от кристаллографической ориентации их краев, например, ГКТ с зигзагообразными краями диаметром 7-8 нм демонстрируют металлическое поведение. [9] Как правило, их энергетическая щель уменьшается, когда увеличивается количество слоев графена или количество атомов углерода на слой графена. [10]
Здоровье и безопасность
[ редактировать ]Токсичность наночастиц графенового семейства является предметом продолжающихся исследований. [2] [11] Токсичность (как in vivo, так и цитотоксичность) GQD связана с множеством факторов, включая размер частиц, методы синтеза, химическое допирование и так далее. [12] Многие авторы утверждают, что ГКД биосовместимы и обладают лишь низкой токсичностью. [4] [13] поскольку они состоят всего лишь из органических материалов, что должно привести к преимуществу перед полупроводниковыми квантовыми точками . [5] Несколько исследований in vitro , основанных на клеточных культурах, показывают лишь незначительное влияние GQD на жизнеспособность клеток человека. [1] [14] [15] [16] Углубленный анализ изменений экспрессии генов, вызванных GQD размером 3 нм, показал, что только один из 20 800 экспрессий гена, а именно селенопротеин W, был существенно затронут в первичных гемопоэтических стволовых клетках человека. [17] Напротив, другие исследования in vitro наблюдают явное снижение жизнеспособности клеток и индукцию аутофагии после воздействия на клетки GQD. [18] и одно исследование in vivo на личинках рыбок данио выявило изменение экспрессии генов 2116. [19] Эти противоречивые результаты можно объяснить разнообразием используемых GQD, поскольку соответствующая токсичность зависит от размера частиц, поверхностных функциональных групп, содержания кислорода, поверхностных зарядов и примесей. [20] В настоящее время литературы недостаточно, чтобы сделать выводы о потенциальной опасности GQD. [11]
Подготовка
[ редактировать ]В настоящее время разработан ряд методов получения GQD. Эти методы обычно подразделяются на две группы: сверху вниз и снизу вверх. В подходах «сверху вниз» применяются различные методы для разрезания объемных графитовых материалов на GQD, включая графит, графен, углеродные нанотрубки, уголь, сажу и углеродные волокна. Эти методы в основном включают электронно-лучевую литографию , химический синтез , электрохимическую подготовку, восстановление оксида графена (GO), C60 каталитическую трансформацию , гидротермальный метод с использованием микроволнового излучения (MAH), [21] [22] метод Soft-Template, [23] гидротермальный метод , [24] [25] [26] и метод ультразвукового пилинга. [27] Методы «сверху вниз» обычно требуют интенсивной очистки, поскольку в этих методах используются сильные смешанные кислоты. С другой стороны, методы «снизу вверх» собирают GQD из небольших органических молекул, таких как лимонная кислота. [28] и глюкоза. Эти GQD обладают лучшей биосовместимостью. [12]
Приложение
[ редактировать ]Квантовые точки графена изучаются как современный многофункциональный материал благодаря своим уникальным оптическим , электронным , [9] вращаться , [29] и фотоэлектрические свойства, вызванные эффектом квантового ограничения и краевым эффектом. Их возможное применение при лечении болезни Альцгеймера. [1] биоимиджинг , [30] фототермическая терапия , [3] [31] измерение температуры , [32] доставка лекарств , [33] [34] Преобразователи зажигалок светодиодов , фотодетекторы , солнечные элементы OPV и фотолюминесцентные материалы, изготовление биосенсоров . [35]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д Гош, Шампа; Сачдева, Бхуви; Сачдева, Пунья; Чаудхари, Вишал; Рани, Гокана Мохана; Синха, Джитендра Кумар (1 октября 2022 г.). «Квантовые точки графена как потенциальный диагностический и терапевтический инструмент для лечения болезни Альцгеймера» . Карбоновые буквы . 32 (6): 1381–1394. дои : 10.1007/s42823-022-00397-9 . ISSN 2233-4998 . S2CID 252188554 .
- ^ Jump up to: а б Хна, ТК; Прамод, К. (май 2020 г.). «Квантовые точки графена переопределяют нанобиомедицину» . Материаловедение и инженерия. C. Материалы для биологических применений . 110 : 110651. doi : 10.1016/j.msec.2020.110651 . ISSN 1873-0191 . ПМИД 32204078 . S2CID 213861659 .
- ^ Jump up to: а б Кэмпбелл, Элизабет; Хасан, штат Танвир; Гонсалес-Родригес, Роберто; Правда, Тейт; Ли, Бонг Хан; Грин, Кайла Н.; Аккараджу, Гиридхар; Наумов Антон Владимирович (октябрь 2021 г.). «Формулировка квантовых точек графена для визуализации рака и доставки лекарств на основе окислительно-восстановительного потенциала» . Наномедицина: нанотехнологии, биология и медицина . 37 : 102408. дои : 10.1016/j.nano.2021.102408 . ISSN 1549-9642 . ПМИД 34015513 . S2CID 235075216 .
- ^ Jump up to: а б Тиан, П.; Тан, Л.; Тенг, Канзас; Лау, СП (2018). «Квантовые точки графена от химии к приложениям» . Материалы сегодня Химия . 10 : 221–258. дои : 10.1016/j.mtchem.2018.09.007 . hdl : 10397/80356 .
- ^ Jump up to: а б Ван, Дэн; Чен, Цзян-Фен; Дай, Известкование (2014). «Последние достижения в области графеновых квантовых точек для флуоресцентной биовизуализации клеток, тканей и животных». Характеристика частиц и систем частиц . 32 (5): 515–523. дои : 10.1002/ppsc.201400219 . S2CID 53120598 .
- ^ Пан, Денгюй; Чжан, Цзинчунь; Ли, Чжэнь; Ву, Минхун (2010). «Гидротермический способ разрезания листов графена на синелюминесцентные графеновые квантовые точки». Продвинутые материалы . 22 (6): 734–738. Бибкод : 2010AdM....22..734P . дои : 10.1002/adma.200902825 . ПМИД 20217780 . S2CID 39981399 .
- ^ Ван, Шуцзюнь; Коул, Иван С.; Чжао, Дунъюань; Ли, Цинь (2016). «Двойная роль функциональных групп в фотолюминесценции графеновых квантовых точек». Наномасштаб . 8 (14): 7449–7458. Бибкод : 2016Nanos...8.7449W . дои : 10.1039/C5NR07042B . hdl : 10072/142465 . ПМИД 26731007 .
- ^ У, Чжу Лянь; Гао, Мин Сюань; Ван, Тин Тин; Ван, Сяо Ян; Чжэн, Линь Лин; Хуан, Ченг Чжи (2014). «Общий количественный датчик pH, разработанный с использованием графеновых квантовых точек с высоким квантовым выходом, легированных дициандиамидом N». Наномасштаб . 6 (7): 3868–3874. Бибкод : 2014Nanos...6.3868W . дои : 10.1039/C3NR06353D . ПМИД 24589665 .
- ^ Jump up to: а б Риттер, Кайл А; Лидинг, Джозеф В. (2009). «Влияние краевой структуры на электронные свойства графеновых квантовых точек и нанолент». Природные материалы . 8 (3): 235–42. Бибкод : 2009NatMa...8..235R . дои : 10.1038/nmat2378 . ПМИД 19219032 .
- ^ Вимменауэр, Кристиан; Шеллер, Жюльен; Фасбендер, Стефан; Хайнцель, Томас (2019). «Одночастичные энергетические и оптические спектры поглощения многослойных графеновых квантовых точек». Сверхрешетки и микроструктуры . 132 : 106171. doi : 10.1016/j.spmi.2019.106171 . S2CID 198435346 .
- ^ Jump up to: а б Оу, Линлинг; Сон, Бин; Лян, Хуэйминь; Лю, Цзя; Фэн, Сяоли; Дэн, Бин; Сунь, Тинг; Шао, Лунцюань (31 октября 2016 г.). «Токсичность наночастиц семейства графена: общий обзор происхождения и механизмов» . Токсикология частиц и волокон . 13 (1): 57. дои : 10.1186/s12989-016-0168-y . ПМК 5088662 . ПМИД 27799056 .
- ^ Jump up to: а б Ван, Шуцзюнь; Коул, Иван С.; Ли, Цинь (2016). «Токсичность графеновых квантовых точек». РСК Прогресс . 6 (92): 89867–89878. Бибкод : 2016RSCAd...689867W . дои : 10.1039/C6RA16516H .
- ^ Шен, Цзяньхуа; Чжу, Ихуа; Ян, Сяолин; Ли, Чуньчжун (2012). «Квантовые точки графена: новые наносветы для биоизображения, датчиков, катализа и фотоэлектрических устройств». Химические коммуникации . 48 (31): 3686–3699. дои : 10.1039/C2CC00110A . ПМИД 22410424 .
- ^ Шан, Вэйху; Чжан, Сяоянь; Чжан, Мо; Фан, Зетан; Солнце, Инь; Хан, Мэй; Фан, Лоужен (2014). «Механизм поглощения и биосовместимость графеновых квантовых точек с нервными стволовыми клетками человека». Наномасштаб . 6 (11): 5799–5806. Бибкод : 2014Nanos...6.5799S . дои : 10.1039/c3nr06433f . ПМИД 24740121 .
- ^ Фасбендер, Стефан; Аллани, Соня; Вимменауэр, Кристиан; Кадедду, Рон-Патрик; Раба, Катарина; Фишер, Йоханнес К.; Булат, Бекир; Луйсберг, Мартина; Зейдель, Клаус AM; Хайнцель, Томас; Хаас, Райнер (2017). «Динамика поглощения графеновых квантовых точек первичными клетками крови человека после воздействия in vitro» . РСК Прогресс . 7 (20): 12208–12216. Бибкод : 2017RSCAd...712208F . дои : 10.1039/C6RA27829A .
- ^ Чжу, Цзюньху, Чуньян; Ли, Юньфэн, Ли, Лу; Лю, Ху, Жуй; Сунь, Ян, Бай (2011). «Квантовые точки » . зеленой для графена Хао ; Чжан , фотолюминесценцией с сильной биовизуализации
- ^ Фасбендер, Стефан; Циммерманн, Лиза; Кадедду, Рон-Патрик; Луйсберг, Мартина; Молл, Бастиан; Джаниак, Кристоф; Хайнцель, Томас; Хаас, Райнер (19 августа 2019 г.). «Низкая токсичность графеновых квантовых точек отражается незначительными изменениями экспрессии генов первичных гемопоэтических стволовых клеток человека» . Научные отчеты . 9 (1): 12028. Бибкод : 2019NatSR...912028F . дои : 10.1038/s41598-019-48567-6 . ПМК 6700176 . ПМИД 31427693 .
- ^ Се, Ичунь; Ван, Бин; Ян, Ю; Цуй, Сюэцзин; Синь, Ян; Го, Лян-Хун (март 2019 г.). «Цитотоксичность и индукция аутофагии графеновыми квантовыми точками с различными функциональными группами». Журнал наук об окружающей среде . 77 : 198–209. дои : 10.1016/j.jes.2018.07.014 . ПМИД 30573083 . S2CID 58555272 .
- ^ Дэн, Шун; Цзя, Пан-Пан; Чжан, Цзин-Хуэй; Джунаид, Мухаммед; Ню, Апинг; Ма, Ян-Бо; Фу, Больной; Пей, Дэ-Шэн (сентябрь 2018 г.). «Транскриптомный ответ и нарушение путей токсичности у личинок рыбок данио после воздействия графеновых квантовых точек (GQD)». Журнал опасных материалов . 357 : 146–158. дои : 10.1016/j.jhazmat.2018.05.063 . ПМИД 29883909 . S2CID 47013910 .
- ^ Го, Сяоцин; Мэй, Нан (март 2014 г.). «Оценка токсического потенциала наноматериалов семейства графена» . Журнал анализа пищевых продуктов и лекарств . 22 (1): 105–115. дои : 10.1016/j.jfda.2014.01.009 . ПМК 6350507 . ПМИД 24673908 .
- ^ Тан, Либин; Цзи, Ронгбин; Цао, Сянке; Линь, Цзинъюй; Цзян, Хунсин; Ли, Сюэмин; Тенг, Кар Сенг; Лук, Чи Ман; Цзэн, Сончжун; Хао, Цзяньхуа; Лау, Шу Пин (2012). «Фотолюминесценция водорастворимых самопассивированных графеновых квантовых точек в глубоком ультрафиолете». АСУ Нано . 6 (6): 5102–10. дои : 10.1021/nn300760g . hdl : 10397/28413 . ПМИД 22559247 .
- ^ Тан, Либин; Цзи, Ронгбин; Ли, Сюэмин; Бай, Гунсюнь; Лю, Чао Пин; Хао, Цзяньхуа; Линь, Цзинъюй; Цзян, Хунсин; Тенг, Кар Сенг; Ян, Жибин; Лау, Шу Пин (2014). «Излучение от глубокого ультрафиолета до ближнего инфракрасного диапазона и фотоответ в слоистых квантовых точках графена, легированного N» . АСУ Нано . 8 (6): 6312–20. дои : 10.1021/nn501796r . ПМИД 24848545 .
- ^ Тан, Либин; Цзи, Ронгбин; Ли, Сюэмин; Тенг, Кар Сенг; Лау, Шу Пин (2013). «Размер-зависимые структурные и оптические характеристики графеновых квантовых точек, полученных из глюкозы». Характеристика частиц и систем частиц . 30 (6): 523–31. дои : 10.1002/ppsc.201200131 . HDL : 10397/32222 . S2CID 96410135 .
- ^ Ли, Сюэмин; Лау, Шу Пин; Тан, Либин; Цзи, Ронгбин; Ян, Пейчжи (2013). «Многоцветное световое излучение графеновых квантовых точек, легированных хлором». Журнал химии материалов C. 1 (44): 7308–13. дои : 10.1039/C3TC31473A . HDL : 10397/34810 .
- ^ Чжу, Цзюнь-Цзе (2013) Пэн Ли, Линлинг, Ву, Гехуэй ; , Хуан ; . 4015–39. Бибкод : 2013Nanos...5.4015L doi : 10.1039 /C3NR33849E . PMID 23579482 :
- ^ Ли, Сюэмин; Лау, Шу Пин; Тан, Либин; Цзи, Ронгбин; Ян, Пейчжи (2014). «Легирование серой: простой подход к настройке электронной структуры и оптических свойств графеновых квантовых точек». Наномасштаб . 6 (10): 5323–8. Бибкод : 2014Nanos...6.5323L . дои : 10.1039/C4NR00693C . hdl : 10397/34914 . ПМИД 24699893 .
- ^ Чжао, Цзяньхун; Сян, Цзиньчжун; Цзи, Цзюнь; Чжао, Цзюнь; Тай, Юньцзянь; «Квантовые точки графена, легированные хлором». и фотоэлектрические детекторы». Applied Physics Letters . 105 (11): 111116. Bibcode : 2014ApPhL.105k1116Z . doi : 10.1063/1.4896278 .
- ^ Ван, Шуцзюнь; Чен, Чжи-Ган; Коул, Иван; Ли, Цинь (февраль 2015 г.). «Структурная эволюция квантовых точек графена при термическом разложении лимонной кислоты и соответствующая фотолюминесценция». Карбон . 82 : 304–313. doi : 10.1016/j.carbon.2014.10.075 . hdl : 10072/69171 .
- ^ Гючлю, AD; Поташ, П; Гаврилак, П. (2011). «Спин, управляемый электрическим полем, в двухслойных треугольных графеновых квантовых точках». Физический обзор B . 84 (3): 035425. arXiv : 1104.3108 . Бибкод : 2011PhRvB..84c5425G . дои : 10.1103/PhysRevB.84.035425 . S2CID 119211816 .
- ^ Лу, Хуэйтин; Ли, Вэньцзюнь; Донг, Хайфэн; Вэй, Мэнлянь (сентябрь 2019 г.). «Графеновые квантовые точки для оптического биоизображения» . Маленький . 15 (36): e1902136. дои : 10.1002/smll.201902136 . ISSN 1613-6829 . ПМИД 31304647 . S2CID 196617689 .
- ^ Тхакур, Мукешанд; Кумават, Мукеш Кумар; Шривастава, Рохит (2017). «Многофункциональные квантовые точки графена для комбинированной фототермической и фотодинамической терапии в сочетании с приложениями для отслеживания раковых клеток» . РСК Прогресс . 7 (9): 5251–61. Бибкод : 2017RSCAd...7.5251T . дои : 10.1039/C6RA25976F .
- ^ Кумават, Мукеш Кумар; Тхакур, Мукешанд; Гурунг, Раджу Б; Шривастава, Рохит (2017). «Квантовые точки графена из Mangifera indica : применение в биовизуализации ближнего инфракрасного диапазона и внутриклеточной нанотермометрии». ACS Устойчивая химия и инженерия . 5 (2): 1382–91. doi : 10.1021/acssuschemeng.6b01893 .
- ^ Керстинг, Дэвид; Фасбендер, Стефан; Пильч, Рабеа; Курт, Дженнифер; Франкония, Андре; Людешер, Марина; Наску, Йоханна; Халленбергер, Анжелика; Галл, Шарлотта фон; Мор, Коринна Дж; Луковски, Роберт; Раба, Кэтрин; Ящинский, Сандра; Эспозито, Ирен; Фишер, Джон С; Фем, Таня; Нидерахер, Дитер; Нойбауэр, Ганс; Хайнцель, Томас (27 сентября 2019 г.). «От in vitro к ex vivo : субклеточная локализация и поглощение графеновых квантовых точек солидными опухолями» . Нанотехнологии . 30 (39): 395101. Бибкод : 2019Nanot..30M5101K . дои : 10.1088/1361-6528/ab2cb4 . ПМИД 31239418 .
- ^ Тхакур, Мукешчанд; Мевада, Ашми; Панди, Сунил; Бхори, Мустансир; Сингх, Канчанлата; Шарон, Махешвар; Шарон, Мадхури (2016). «Тераностическая система рака на основе мультифлуоресцентных графеновых квантовых точек, полученная из молока». Материаловедение и инженерия: C . 67 : 468–477. дои : 10.1016/j.msec.2016.05.007 . ПМИД 27287144 .
- ^ Богиредди, Навин Кумар Редди; Барба, Виктор; Агарвал, Вивечана (2019). «Точки легированного азотом оксида графена на основе датчиков «выключения» H2O2, Au (III) и Hg (II) «выключения-включения» в качестве логических вентилей и молекулярных замков клавиатуры» . АСУ Омега . 4 (6): 10702–10713. дои : 10.1021/acsomega.9b00858 . ПМК 6648105 . ПМИД 31460168 .