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[article d'application] nanocoulter Point quantique d'assistance nanosphere nouvelle percée dans la recherche de rendement quantique
Date :2024-09-26Lire :0


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Depuis près de quarante ans, la performancespécialLa nanotechnologie basée sur les nanomatériaux s'est développée rapidement et a pénétré tous les secteurs de la vie. Actuellement, les deux principaux dilemmes scientifiques auxquels la nanotechnologie est confrontée sont: 1) nanomatériaux ou NanostructuresEffets nanométriquesEt les excellentes propriétés qui lui sont conférées sont toujours difficiles à vraiment tirer pleinement parti; 2) stabilité opérationnelle dans l'application à long terme des nanomatériaux. Les points quantiques (QDs) sont des nanoparticules cristallines présentant des propriétés dépendantes de la taille en raison de l'effet de domaine limité quantique de l'état électronique, avec des colorants fluorescents, des protéines fluorescentesAvec une luminosité élevée, une excellente stabilité photochimique, les qd sont actuellement des marqueurs idéaux pour la détection monomoléculaire hautement sensible. Cependant, les QDs ont une énergie de surface élevée, sont susceptibles de générer une Adsorption non spécifique et ont une mauvaise stabilité colloïdale. Nanosphères fluorescentes (FN) de points quantiques (qd) enrobés de macromolécules cette forme d'excipient compense non seulement ces lacunes, mais améliore également la sensibilité des tests biomédicaux.

Récemment, la faculté pondai de l'Université NankaiJournal de la Société américaine de chimie(JACS, IF=16,38)Publication de résultats académiques importants dans des revues,En réponse au problème du faible rendement quantique de Photoluminescence (plqy) des FN (même si les FN sont préparés avec plqy presque 100% QDs, leur plqy ne peut toujours pas dépasser 65%, ne peut pas jouer les avantages de la haute luminosité des QDs), mener des recherches et développer une stratégie de régulation pour tenter de faire une percée.

L'équipe de pondaiven a découvert que la Polymérisation radicalaire pour la préparation des FNS était due à la diminution de leur plqy:

(1) Le Ligand Thiol est oxydé par des radicaux libres, ce qui entraîne sa chute de la surface du point quantique;
(2) La coquille de domaine limité est oxydée par des radicaux libres;
Ces deux processus introduisent des défauts à la surface des QDs, entraînant des transitions non radiatives.
(3) la compatibilité du Ligand oléique avec le polymère est mauvaise, ce qui entraîne l'agglomération des qd, ce qui entraîne un transfert d'énergie / auto - absorption.
Sur cette base, une stratégie de régulation multicouche intégrée est proposée, comprenant:
(1) échange de Ligands mercapto par des Ligands oléiques plus résistants aux radicaux libres;
(2) contrôle précis de la quantité d'initiateur et minimise les radicaux libres résiduels. Dans le même temps, la double liaison de l'acide oléique peut mettre fin aux radicaux libres résiduels, empêchant la destruction des radicaux libres;
(3) Introduire l'agent de réticulation pour construire la structure réticulée, améliorer la compatibilité des qd avec le polymère.




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Faits saillants de cet article

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1. Les principales raisons pour lesquelles la haute brillance des qd est difficile à jouer lors de la Polymérisation radicalaire pour la préparation des FN ont été identifiées: formation de défauts (désorption des Ligands, oxydation de la couche de confinement) et perte d'énergie (transfert d'énergie / auto - Absorption).
2. La polyvalence des Ligands de l'acide oléique a été trouvée: (1) stabilité de coordination lors de la Polymérisation radicalaire; (2) la double Liaison carbone - carbone peut mettre fin aux radicaux libres résiduels et empêcher la destruction des radicaux libres; (3) peut greffer le polymère réticulé, augmenter la compatibilité des qd avec le polymère, l'espacement des qd, éviter le transfert d'énergie / auto - absorption causée par l'agglomération des qd.
La stratégie de régulation à plusieurs niveaux (échange de Ligands, dosage précis de l'initiateur de régulation, construction de la structure réticulée) a été développée et la plqy des FN a été atteinte à près de 100%.
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Résolution de texte

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Figure 1. a.1H spectres RMN, où * représentent le signal de déplacement chimique des ligands capés; b. Spectres normalisés de résonance paramagnétique d ' électrons (EPR), en utilisant le DMPO comme agent de rappel; c. Illustration de l'influence des radicaux libres (R•) sur les ligands capotés.

Comme on peut le voir sur le spectrogramme de résonance magnétique nucléaire, le signal de coordination de l'acide oléique reste après Encapsulation des QDs dans les billes, le signal de double Liaison carbone - carbone s'affaiblit nettement, tandis que le signal de coordination du Groupe mercapto disparaît presque. En combinaison avec le spectrogramme de résonance de spin électronique, la double liaison sur l'acide oléique est initiée par des radicaux libres, réagit avec le styrène, greffant le polystyrène. En outre, en combinaison avec l'analyse par spectrométrie de masse, on a détecté des produits de différentes étapes dans lesquels les Ligands mercapto sont progressivement oxydés au cours de la réaction de transfert de chaîne et finissent par tomber. Ainsi, la stabilité de coordination de l'acide oléique lors de la Polymérisation radicalaire est plus forte et il est nécessaire de l'échanger contre des Ligands mercapto.

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Figure 3. a, b. spectre XPS de micelles QD (M2) traitées par KPS; c. PLQY des QD extraits et de leurs FN développés avec des concentrations KPS différentes; d.Les images TEM des FN ont évolué avec l'augmentation de la concentration KPS (mg/mL)toutes les barres d'échelle sont de 50 nm; e. Illustration de la procédure de formation des FN.

Bien que les QDs soient coordonnés avec de l'acide oléique pur, les radicaux résultant de la décomposition de l'initiateur peuvent oxyder la couche de domaine limité en ZnS des QDs, créant des défauts conduisant à des transitions non radiatives. En contrôlant avec précision la concentration de l'initiateur, il est possible d'augmenter le plqy des FN dans une certaine mesure sous la forme de nanosphères, mais pas autant que les qd d'origine. En effet, lors de la polymérisation, le Ligand oléique est moins compatible avec le (POLY) styrène, ce qui entraîne son agglomération à l'intérieur de la bille, le transfert d'énergie / auto - absorption résultant rendant difficile le bon jeu de la brillance des qd.


图片Figure 4. Caractérisation des FN réticulés (cFN) ayant un rapport massique différent entre DVB et St + DVB: a. images TEM de cFN ayant un rapport massique différent, barres d'échelle: 100 nm; b. PLQY; c. Profils de décomposition cinétique d ' absorption transitoire normalisés en femtosecondes détectés à 400 nm de QD, FN et cFN; d. Spectres de fluorescence résolus dans le temps des QD (t1= 22,4 ns, 85,2 %; t2= 77,6 ns, 14,8%), FN (t)1= 4,1 ns, 23,8 %; t2= 16,0 ns, 62,9 %; t3= 79,0 ns, 13,3 %) et cFN (t)1= 18,2 ns, 85,5 %; t2= 65,1 ns, 14,5 %); e. Illustration de la procédure de formation des NFC.

L'agent réticulant est introduit, le polymère réticulé est greffé sur l'acide oléique, ce qui augmente considérablement la compatibilité des qd avec le (POLY) styrène, on peut observer sur le tem une distribution dispersée des qd dans les billes, ce qui réduit considérablement le transfert d'énergie / l'auto - absorption.L'agent de réticulation accélère la génération de polymère et, en combinaison avec la cinétique d'atténuation d'absorption transitoire et la spectroscopie de fluorescence résolue dans le temps, l'agent de réticulation empêche la formation de défauts, conduisant finalement à des FN avec peu d'atténuation de plqy.
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Résumé et perspectives

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Résoudre les énigmes complexes de régulation de la performance des nanomatériaux, tirer pleinement parti de leurs excellentes performances, la régulation de l'équilibre des Ligands est essentielle. Cet article résout presque simultanément les trois problèmes de passivation de surface stable, de terminaison des radicaux libres résiduels et d'adaptation (compatibilité) des QDs à la matrice nanosphérique avec un seul ligand, l'acide oléique! Et combiné avec une stratégie de régulation multicouche complète et intégrée, il a atteint près de 100% plqy pour FNS, tirant pleinement parti des avantages de la haute luminosité de QDs dans la nanosphère. Cet article fournit une base théorique pour la production à grande échelle de composites QDs - polymères à haute luminosité, ouvrant de vastes perspectives pour leur application dans le domaine biomédical.

L'équipe de recherche à DLS etNano - fluxLorsque les données exactes ne peuvent pas être données, l'application nanocoulter nanocoulter granulomètre a obtenu des données de caractérisation très cohérentes avec le Tem, la publication en douceur. Félicitations par la présente!

Informations documentaires:
Lin, Leping et al. « Régulation multihiérarchique pour atteindre les nanosphères de point quantique avec un rendement quantique de photoluminescence proche de 100. »Journal de la Société américaine de chimieVol. 146,31 (2024): 21348-21356. doi:10.1021/jacs.4c03308