Квантовая точка графена - Graphene quantum dot

"GQD" перенаправляется сюда. Информацию о радиостанции с позывным GQD см. Радиостанция Anthorn.

Квантовые точки графена (GQD) находятся графен наночастицы размером менее 100 нм. Благодаря своим исключительным свойствам, таким как низкая токсичность, стабильность фотолюминесценция, химическая стабильность и ярко выраженный квантовое ограничение Эффект, GQD считается новым материалом для биологических, оптоэлектронных, энергетических и экологических приложений.

Характеристики

Квантовые точки графена (ККТ) состоят из одного или нескольких слоев графена и имеют размер менее 100 нм. Они химически и физически стабильны, имеют большое отношение поверхности к массе и могут легко диспергироваться в воде за счет функциональных групп на краях.[1][2] Флуоресцентное излучение GQD может распространяться в широком спектральном диапазоне, включая УФ, видимый и ИК. Происхождение флуоресцентного излучения GQD является предметом споров, поскольку оно связано с эффектами квантового ограничения, дефектными состояниями и функциональными группами.[3][4] это может зависеть от pH, когда GQD диспергированы в воде.[5] Их электронная структура сильно зависит от кристаллографической ориентации их краев, например, ГКТ с зигзагообразными краями диаметром 7-8 нм проявляют металлическое поведение.[6] В общем, их запрещенная зона уменьшается при увеличении числа слоев графена или числа атомов углерода на слой графена.[7]

Здоровье и безопасность

Основные статьи: Опасности для здоровья и безопасности наноматериалов и Нанотоксикология

Токсичность наночастиц семейства графена - предмет постоянных исследований.[8] Токсичность (как in vivo, так и цитотоксичность) GQD связана с множеством факторов, включая размер частиц, методы синтеза, химический допинг и так далее.[9] Многие авторы утверждают, что GQD биосовместимы и вызывают лишь низкую токсичность.[1][10] поскольку они состоят только из органических материалов, что должно дать преимущество перед полупроводниками. квантовые точки.[2] Несколько in vitro исследования, основанные на клеточных культурах, показывают лишь незначительное влияние GQD на жизнеспособность человеческих клеток.[11][12][13] Углубленное изучение изменений экспрессии генов, вызванных GQD размером 3 нм, показало, что только один, а именно селенопротеин W, 1 из 20 800 экспрессий гена был значительно затронут в первичных гемопоэтических стволовых клетках человека.[14] Напротив, другие in vitro исследования наблюдают отчетливое снижение жизнеспособности клеток и индукцию аутофагии после воздействия на клетки GQD.[15] и один in vivo исследование на личинках рыбок данио наблюдало изменение экспрессии 2116 генов.[16] Эти противоречивые результаты могут быть объяснены разнообразием используемых GQD, поскольку соответствующая токсичность зависит от размера частиц, поверхностных функциональных групп, содержания кислорода, поверхностных зарядов и примесей.[17] В настоящее время литературы недостаточно, чтобы сделать выводы о потенциальных опасностях GQD.[8]

Подготовка

В настоящее время разработан ряд методов для подготовки GQD. Эти методы обычно делятся на две группы: сверху вниз и снизу вверх. Подходы «сверху вниз» применяют различные методы для разрезания объемных графитовых материалов на GQD, включая графит, графен, углеродные нанотрубки, уголь, технический углерод и углеродные волокна. Эти методы в основном включают электронно-лучевая литография, химический синтез, электрохимическая подготовка, оксид графена (GO) редукция, C60 каталитический трансформация, микроволновая печь вспомогательный гидротермальный метод (MAH),[18][19] метод Soft-Template,[20] то гидротермальный метод,[21][22][23] и метод ультразвуковой эксфолиации.[24] Нисходящие методы обычно требуют интенсивной очистки, поскольку в этих методах используются сильные смешанные кислоты. С другой стороны, восходящие методы собирают GQD из небольших органических молекул, таких как лимонная кислота.[25] и глюкоза. Эти GQD обладают лучшей биосовместимостью.[26]

Заявление

Квантовые точки графена изучаются как современный многофункциональный материал из-за их уникальных свойств. оптический, электронный,[6] вращение,[27] и фотоэлектрический свойства, вызванные эффектом размерного квантования и краевым эффектом. У них есть возможные применения в биовизуализация, противораковые препараты,[28] измерение температуры,[29] доставки лекарств,[30][31] Светодиоды преобразователи зажигалки, фотоприемники, Солнечные элементы OPV, и фотолюминесцентный материал, изготовление биосенсоров.[32]

Рекомендации

  1. ^ а б Tian, ​​P .; Tang, L .; Teng, K.S .; Лау, С.П. (2018). «Квантовые точки графена от химии до приложений». Материалы сегодня Химия. 10: 221–258. Дои:10.1016 / j.mtchem.2018.09.007.
  2. ^ а б Ван, Дэн; Чен, Цзян-Фен; Дай, Лиминг (2014). «Последние достижения в области квантовых точек графена для флуоресцентного биоимиджинга от клеток через ткани к животным». Определение характеристик частиц и систем частиц. 32 (5): 515–523. Дои:10.1002 / ppsc.201400219.
  3. ^ Пан, Денгю; Чжан, Цзинчунь; Ли, Чжэнь; Ву, Минхонг (2010). «Гидротермальный путь разрезания листов графена на синие люминесцентные квантовые точки графена». Современные материалы. 22 (6): 734–738. Дои:10.1002 / adma.200902825. PMID  20217780.
  4. ^ Ван, Шуцзюнь; Коул, Иван С .; Чжао, Дунъюань; Ли, Цинь (2016). «Двойственная роль функциональных групп в фотолюминесценции графеновых квантовых точек». Наномасштаб. 8 (14): 7449–7458. Bibcode:2016Nanos ... 8.7449W. Дои:10.1039 / C5NR07042B. HDL:10072/142465. PMID  26731007.
  5. ^ Ву, Чжу Лянь; Гао, Мин Сюань; Ван, Тинг Тинг; Ван, Сяо Ян; Чжэн, Линь Линь; Хуанг, Чэн Чжи (2014). «Общий количественный датчик pH, разработанный на основе графеновых квантовых точек с высоким квантовым выходом, легированных дициандиамидом N». Наномасштаб. 6 (7): 3868–3874. Bibcode:2014Nanos ... 6.3868 Вт. Дои:10.1039 / C3NR06353D. PMID  24589665.
  6. ^ а б Риттер, Кайл А; Лидинг, Джозеф В. (2009). «Влияние краевой структуры на электронные свойства графеновых квантовых точек и нанолент». Материалы Природы. 8 (3): 235–42. Bibcode:2009НатМа ... 8..235р. Дои:10.1038 / nmat2378. PMID  19219032.
  7. ^ Вимменауэр, Кристиан; Шеллер, Жюльен; Фасбендер, Стефан; Хайнцель, Томас (2019). "Одночастичные энергетические и оптические спектры поглощения многослойных квантовых точек графена". Сверхрешетки и микроструктуры. 132: 106171. Дои:10.1016 / j.spmi.2019.106171.
  8. ^ а б Оу, Линглинг; Песня, Бин; Лян, Хуйминь; Лю, Цзя; Фэн, Сяоли; Дэн, Бин; Солнце, 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-у. ЧВК  5088662. PMID  27799056.
  9. ^ Ван, Шуцзюнь; Коул, Иван С .; Ли, Цинь (2016). «Токсичность графеновых квантовых точек». RSC Advances. 6 (92): 89867–89878. Дои:10.1039 / C6RA16516H.
  10. ^ Шэнь, Цзяньхуа; Чжу, Ихуа; Ян, Сяолин; Ли, Чунчжун (2012). «Квантовые точки графена: возникающие наноленты для биоимиджинга, сенсоров, катализа и фотоэлектрических устройств». Химические коммуникации. 48 (31): 3686–3699. Дои:10.1039 / C2CC00110A. PMID  22410424.
  11. ^ Шан, Вэйху; Чжан, Сяоянь; Чжан, Мо; Вентилятор, Зетан; Солнце, Инь; Хан, Мэй; Вентилятор, Лоужень (2014). «Механизм захвата и биосовместимость квантовых точек графена с нервными стволовыми клетками человека». Наномасштаб. 6 (11): 5799–5806. Bibcode:2014Nanos ... 6.5799S. Дои:10.1039 / c3nr06433f. PMID  24740121.
  12. ^ Фасбендер, Стефан; Аллани, Соня; Вимменауэр, Кристиан; Кадедду, Рон-Патрик; Раба, Катарина; Fischer, Johannes C .; Булат, Бекир; Луйсберг, Мартина; Зайдель, Клаус А. М .; Хайнцель, Томас; Хаас, Райнер (2017). «Динамика поглощения графеновых квантовых точек первичными клетками крови человека после воздействия in vitro». RSC Advances. 7 (20): 12208–12216. Дои:10.1039 / C6RA27829A.
  13. ^ Чжу, Шоудзюнь; Чжан, Цзюньху; Цяо, Чуньянь; Тан, Шицзя; Ли, Юньфэн; Юань, Вэньцзин; Ли, Бо; Тиан, Лу; Лю, Фанг; Ху, Руи; Гао, Хайнань; Вэй, Хаотун; Чжан, Хао; Sun, Hongchen; Ян, Бай (2011). «Сильно-зеленые фотолюминесцентные квантовые точки графена для приложений биовизуализации». Химические коммуникации. 47 (24): 6858–60. Дои:10.1039 / c1cc11122a. PMID  21584323.
  14. ^ Фасбендер, Стефан; Циммерманн, Лиза; Кадедду, Рон-Патрик; Луйсберг, Мартина; Молл, Бастиан; Яняк, Кристоф; Хайнцель, Томас; Хаас, Райнер (19 августа 2019 г.). «Низкая токсичность графеновых квантовых точек отражается изменениями маргинальной экспрессии генов в первичных гемопоэтических стволовых клетках человека». Научные отчеты. 9 (1): 12028. Bibcode:2019НатСР ... 912028F. Дои:10.1038 / s41598-019-48567-6. ЧВК  6700176. PMID  31427693.
  15. ^ Се, Ичунь; Ван, Бин; Ян, Ю; Цуй, Сюэцзин; Синь, Ян; Го, Лян-Хун (март 2019). «Цитотоксичность и индукция аутофагии квантовыми точками графена с различными функциональными группами». Журнал экологических наук. 77: 198–209. Дои:10.1016 / j.jes.2018.07.014. PMID  30573083.
  16. ^ Дэн, Шунь; Цзя, Пан-Пан; Чжан, Цзин-Хуэй; Джунаид, Мухаммад; Ниу, Апин; Ма, Ян-Бо; Фу, больной; Пей, Де-Шэн (сентябрь 2018 г.). «Транскриптомный ответ и нарушение путей токсичности в личинках рыбок данио после воздействия квантовых точек графена (GQD)». Журнал опасных материалов. 357: 146–158. Дои:10.1016 / j.jhazmat.2018.05.063. PMID  29883909.
  17. ^ 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. ЧВК  6350507. PMID  24673908.
  18. ^ Тан, Либин; Цзи, Ронгбин; Цао, Сянкэ; Линь, Цзинъюй; Цзян, Хунсин; Ли, Сюэминь; Тенг, Кар Сенг; Лук, Чи Ман; Цзэн, Сунцзюнь; Хао, Цзяньхуа; Лау, Шу Пинг (2012). «Глубокая ультрафиолетовая фотолюминесценция водорастворимых самопассивированных графеновых квантовых точек». САУ Нано. 6 (6): 5102–10. Дои:10.1021 / nn300760g. PMID  22559247.
  19. ^ Тан, Либин; Цзи, Ронгбин; Ли, Сюэминь; Бай, Гунсюнь; Лю, Чао Пин; Хао, Цзяньхуа; Линь, Цзинъюй; Цзян, Хунсин; Тенг, Кар Сенг; Ян, Жибин; Лау, Шу Пинг (2014). «Излучение от глубокого ультрафиолета до ближнего инфракрасного диапазона и фотоотклик в слоистых квантовых точках графена с примесью азота». САУ Нано. 8 (6): 6312–20. Дои:10.1021 / nn501796r. PMID  24848545.
  20. ^ Тан, Либин; Цзи, Ронгбин; Ли, Сюэминь; Тенг, Кар Сенг; Лау, Шу Пинг (2013). «Зависящие от размера структурные и оптические характеристики графеновых квантовых точек, полученных из глюкозы». Определение характеристик частиц и систем частиц. 30 (6): 523–31. Дои:10.1002 / ppsc.201200131.
  21. ^ Ли, Сюэминь; Лау, Шу Пин; Тан, Либин; Цзи, Ронгбин; Ян, Пэйчжи (2013). «Многоцветное излучение света квантовыми точками графена, легированного хлором». Журнал химии материалов C. 1 (44): 7308–13. Дои:10.1039 / C3TC31473A.
  22. ^ Ли, Линлинг; Ву, Гехуэй; Ян, Гохай; Пэн, Хуан; Чжао, Цзяньвэй; Чжу, Цзюнь-Цзе (2013). «Сосредоточение внимания на люминесцентных квантовых точках графена: текущее состояние и перспективы на будущее». Наномасштаб. 5 (10): 4015–39. Bibcode:2013Nanos ... 5.4015L. Дои:10.1039 / C3NR33849E. PMID  23579482.
  23. ^ Ли, Сюэминь; Лау, Шу Пин; Тан, Либин; Цзи, Ронгбин; Ян, Пэйчжи (2014). «Легирование серой: простой подход к настройке электронной структуры и оптических свойств графеновых квантовых точек». Наномасштаб. 6 (10): 5323–8. Bibcode:2014Nanos ... 6.5323L. Дои:10.1039 / C4NR00693C. PMID  24699893.
  24. ^ Чжао, Цзяньхун; Тан, Либин; Сян, Цзиньчжун; Цзи, Ронгбин; Юань, июнь; Чжао, Цзюнь; Ю, Жуйюнь; Тай, Юньцзянь; Песня, Лиюань (2014). «Квантовые точки графена, легированного хлором: получение, свойства и фотоэлектрические детекторы». Письма по прикладной физике. 105 (11): 111116. Bibcode:2014АпФЛ.105к1116З. Дои:10.1063/1.4896278.
  25. ^ 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». Углерод. 82: 304–313. Дои:10.1016 / j.carbon.2014.10.075. HDL:10072/69171.
  26. ^ Ван, Шуцзюнь; Коул, Иван С .; Ли, Цинь (2016). «Токсичность графеновых квантовых точек». RSC Advances. 6 (92): 89867–89878. Дои:10.1039 / C6RA16516H.
  27. ^ Güçlü, A.D; Potasz, P; Гаврылак, П (2011). «Спин, управляемый электрическим полем, в двухслойных треугольных квантовых точках графена». Физический обзор B. 84 (3): 035425. arXiv:1104.3108. Bibcode:2011PhRvB..84c5425G. Дои:10.1103 / PhysRevB.84.035425. S2CID  119211816.
  28. ^ Такур, Мукещанд; Кумават, Мукеш Кумар; Шривастава, Рохит (2017). «Многофункциональные графеновые квантовые точки для комбинированной фототермической и фотодинамической терапии в сочетании с приложениями для отслеживания раковых клеток». RSC Advances. 7 (9): 5251–61. Дои:10.1039 / C6RA25976F.
  29. ^ Кумават, Мукеш Кумар; Такур, Мукещанд; Гурунг, Раджу Б; Шривастава, Рохит (2017). "Квантовые точки графена от Mangifera indica: Применение в ближней инфракрасной биовизуализации и внутриклеточной нанотермометрии ». ACS Устойчивая химия и инженерия. 5 (2): 1382–91. Дои:10.1021 / acssuschemeng.6b01893.
  30. ^ Керстинг, Дэвид; Фасбендер, Стефан; Пильч, Рабеа; Курт, Дженнифер; Франкен, Андре; Людешер, Марина; Наску, Йоханна; Халленбергер, Анжелика; Галл, Шарлотта фон; Mohr, Corinna J; Луковски, Роберт; Раба, Катарина; Ящинский, Сандра; Эспозито, Ирэн; Фишер, Йоханнес С; Фем, Таня; Нидерахер, Дитер; Нойбауэр, Ганс; Хайнцель, Томас (27 сентября 2019 г.). "Из in vitro к ex vivo: субклеточная локализация и захват квантовых точек графена в солидные опухоли ». Нанотехнологии. 30 (39): 395101. Bibcode:2019Nanot..30M5101K. Дои:10.1088 / 1361-6528 / ab2cb4. PMID  31239418.
  31. ^ Такур, Мукещанд; Мевада, Ашми; Пандей, Сунил; Бхори, Мустансир; Сингх, Канчанлата; Шарон, Махешвар; Шарон, Мадхури (2016). "Тераностическая система рака на основе мультифлуоресцентных графеновых квантовых точек на основе молока". Материаловедение и инженерия: C. 67: 468–477. Дои:10.1016 / j.msec.2016.05.007. PMID  27287144.
  32. ^ Богредди, Навин Кумар Редди; Барба, Виктор; Агарвал, Вивечана (2019). «Датчики Hg (II), легированные азотом на основе точек« выключения »H2O2, Au (III) и« выключение – включение »в качестве логических ворот и молекулярных замков клавиатуры». СКУД Омега. 4 (6): 10702–10713. Дои:10.1021 / acsomega.9b00858. ЧВК  6648105. PMID  31460168.