Grafen kvantprick
Grafen quantum dots ( GQDs ) är grafennanopartiklar med en storlek mindre än 100 nm . På grund av deras exceptionella egenskaper såsom låg toxicitet, stabil fotoluminescens , kemisk stabilitet och uttalad kvantinneslutningseffekt , anses GQDs som ett nytt material för biologiska, optoelektronik, energi- och miljötillämpningar.
Egenskaper
Grafen quantum dots (GQDs) består av ett eller några lager grafen och är mindre än 100 nm i storlek. De är kemiskt och fysikaliskt stabila, har ett stort förhållande mellan yta och massa och kan lätt dispergeras i vatten på grund av funktionella grupper i kanterna. Fluorescensemissionen från GQD kan sträcka sig över ett brett spektralområde, inklusive UV, synligt och IR. Ursprunget till GQD-fluorescensemission är föremål för debatt, eftersom det har varit relaterat till kvantinneslutningseffekter, defekttillstånd och funktionella grupper som kan bero på pH , när GQDs dispergeras i vatten. Deras elektroniska struktur beror känsligt på den kristallografiska orienteringen av deras kanter, till exempel visar GQD:er med sicksackkant med 7-8 nm diameter ett metalliskt beteende. I allmänhet minskar deras energigap när antalet grafenlager eller antalet kolatomer per grafenlager ökas.
Hälsa och säkerhet
Toxiciteten hos nanopartiklar från grafenfamiljen är en fråga om pågående forskning. Toxiciteten (både in vivo och cytotoxiciteten) hos GQD är relaterad till en mängd olika faktorer inklusive partikelstorlek, syntesmetoder, kemisk dopning och så vidare. Många författare hävdar att GQDs är biokompatibla och endast orsakar låg toxicitet eftersom de bara är sammansatta av organiska material, vilket borde leda till en fördel jämfört med halvledarkvantprickar . Flera in vitro- studier, baserade på cellkulturer, visar endast marginella effekter av GQD på mänskliga cellers livsduglighet. En djupgående titt på genuttrycksförändringarna orsakade av GQDs med en storlek på 3 nm avslöjade att endast en, nämligen selenoproteinet W, 1 av 20 800 genuttryck påverkades signifikant i primära humana hematopoetiska stamceller. Tvärtom, andra in vitro- studier observerar en tydlig minskning av cellviabilitet och induktion av autofagi efter exponering av cellerna för GQDs och en in vivo- studie i zebrafisklarver observerade förändringen av 2116 genuttryck. Dessa inkonsekventa fynd kan tillskrivas mångfalden av de använda GQD, eftersom den relaterade toxiciteten är beroende av partikelstorlek, ytfunktionella grupper, syrehalt, ytladdningar och föroreningar. För närvarande är litteraturen otillräcklig för att dra slutsatser om de potentiella farorna med GQD.
Förberedelse
För närvarande har en rad tekniker utvecklats för att förbereda GQDs. Dessa metoder klassificeras normalt i två grupper uppifrån och ned och nedifrån och upp. Top-down-metoder tillämpade olika tekniker för att skära bulkgrafitmaterial till GQDs inklusive grafit, grafen, kolnanorör, kol, kimrök och kolfibrer. Dessa tekniker inkluderar främst elektronstrålelitografi , kemisk syntes , elektrokemisk beredning, grafenoxid (GO) reduktion, C60 katalytisk transformation, den mikrovågsassisterade hydrotermiska metoden (MAH), Soft-Template-metoden, den hydrotermiska metoden och ultraljudsexfolieringsmetoden. Top-down-metoder kräver vanligtvis intensiv rening eftersom starka blandade syror används i dessa metoder. Å andra sidan, bottom-up-metoder sätter ihop GQDs från små organiska molekyler som citronsyra och glukos. Dessa GQDs har bättre biokompatibilitet.
Ansökan
Grafenkvantprickar studeras som ett avancerat multifunktionellt material på grund av deras unika optiska , elektroniska , spinn- och fotoelektriska egenskaper som induceras av kvantinneslutningseffekten och kanteffekten. De har möjliga tillämpningar för behandling av Alzheimers sjukdom, bioavbildning , cancerterapi, temperaturavkänning , läkemedelstillförsel , LED- ljusomvandlare, fotodetektorer , OPV-solceller och fotoluminescerande material, tillverkning av biosensorer.