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Der Schatten der Schwermetalle: Warum beeilen sich Forscher, kadmiumfreie Quantenpunkte zu finden?
Quantum Dots (QDs) sind Halbleiter-Nanopartikel, die kleiner als 10 Nanometer sind und wegen ihrer einzigartigen optischen Absorptions- und Photolumineszenzeigenschaften geschätzt werden. Die Fluoreszenzemissionsspitzen dieser Nanopartikel hängen von ihrer Größe ab. Zu den gängigen Quantenpunktmaterialien gehören Cadmium-Serien (wie CdTe, CdSe, CdS), Indium-Serien (wie InP, InAs) und Blei-Serien (wie PbSe, PbS). ). Warten. Allerdings basieren die meisten kommerziellen Quantenpunkte immer noch auf cadmiumhaltigen Produkten, und die Toxizität von Cadmiumionen für lebende Organismen hat große Aufmerksamkeit erregt. Mit dem zunehmenden Bewusstsein für Umwelt und Gesundheit begannen viele Forscher in den 2010er Jahren, sich auf die Entwicklung kadmiumfreier Quantenpunkte (CFQDs) zu konzentrieren.
Anwendungen und Perspektiven cadmiumfreier Quantenpunkte
Mit der Entwicklung cadmiumfreier Quantenpunkte haben viele neue Materialien wie dotierte Zink-Schwefel-/Zink-Selen-Quantenpunkte, Graphen-Quantenpunkte und Silizium-Quantenpunkte eine geringe Toxizität und hohe Stabilität gezeigt und sind ideale Alternativen für biologische Anwendungen geworden . Schmecken. Diese cadmiumfreien Quantenpunkte können zur Bildgebung von Zielzellen und -geweben sowie zur präzisen Überwachung der Arzneimittelabgabe mit DNA/Peptid-funktionalisierten Quantenpunkten verwendet werden. Mithilfe verschiedener Bildgebungstechniken wie der konfokalen Mikroskopie und der Multiphotonenmikroskopie können Forscher mithilfe dieser stabilen Fluoreszenzmarkierungen Zellen und Gewebestrukturen mit höherer Auflösung und besserer Biokompatibilität beobachten.
Die Flexibilität cadmiumfreier Quantenpunkte spiegelt sich auch in der Möglichkeit der Kombination mit anderen Reagenzien wie Metallnanopartikeln, radioaktiven Markierungen und Raman-Tags wider, um eine multimodale Bildgebung zu erreichen.
Darüber hinaus haben die entwickelten cadmiumfreien Quantenpunkte auch das Potenzial, als Nanoplattformen für nicht-invasive Behandlungen und Diagnostik (z. B. Theranostik) zu dienen. In den letzten Jahren hat das Potenzial cadmiumfreier Quantenpunkte in Solarzellen und Displayanwendungen der nächsten Generation auch die Aufmerksamkeit der wissenschaftlichen Forschungsgemeinschaft auf sich gezogen. Die Entdeckung und Anwendung dieser neuen Materialien könnte unser Verständnis von Quantenpunkten revolutionieren.
Cadmiumfreie Quantenpunkte revolutionieren die Medizin
Während sich das Gebiet der Biomedizin weiterentwickelt, suchen Wissenschaftler ständig nach neuen Wegen zur Behandlung von Krebs. Bei der herkömmlichen Chemotherapie kommt eine ganze Reihe toxischer Chemikalien zum Einsatz, die Behandlung von Krankheitssymptomen geht jedoch oft mit einer größeren Zahl von Fehlschädigungen einher. Daher ist die Suche nach wirksameren und ungiftigeren Alternativen zu einer dringenden Aufgabe geworden. In dieser Hinsicht weisen cadmiumfreie Quantenpunkte großes Potenzial auf.
Michael Sailor und sein Team an der University of California in San Francisco haben die ersten cadmiumfreien Quantenpunkte entwickelt, die hell genug leuchten können, damit Ärzte innere Organe untersuchen können, und die Medikamente können danach schnell in harmlose Nebenprodukte zerfallen freigeben.
Der Kern dieser Forschung liegt im verwendeten Silizium-Wafer-Material. Wenn diese Quantenpunkte im Körper abgebaut werden, ist die erzeugte Kieselsäure für den Körper harmlos und fördert das Wachstum von Knochen und Gewebe. Dies ist zweifellos eine Krebsbehandlung eröffnet eine neue Richtung.
Technische Fälle und Anwendungen
Zu den praktischen Anwendungen cadmiumfreier Quantenpunkte gehört auch die Entwicklung verschiedener Materialien. Beispielsweise wurden Zink-Schwefel-Quantenpunkte verwendet, um Lebensmittelgifte nachzuweisen, insbesondere Aflatoxin-B1, ein Toxin, das Leberversagen verursacht. Diese gut konzipierten Zink-Schwefel-Quantenpunkte können nicht nur Umweltschadstoffe effektiv erkennen, sondern können auch zur Zersetzung industrieller Schadstoffe wie Naphthalin und anderer schädlicher Moleküle in photokatalytischen Reaktionen eingesetzt werden.
Eine andere Art cadmiumfreier Quantenpunkte auf Indiumbasis, wie etwa CuInS2, hat sich als sichere Fluoreszenzmarkierung erwiesen und kann Licht im nahen Infrarotbereich emittieren.
Diese Art von Quantenpunkten eignet sich auch gut für die Freisetzung von Krebsmedikamenten. Studien haben gezeigt, dass diese Quantenpunkte bei der Freisetzung von Krebsmedikamenten auch eine Echtzeitbildgebung von Krebszellen ermöglichen und Zellen mit geringer Toxizität beeinflussen können.
Darüber hinaus sind auch Silizium-Quantenpunkte eine hochgeschätzte Option. Sie können in photochemischen und biologischen Anwendungen eingesetzt werden und haben in einigen Experimenten sogar die Energieumwandlungseffizienz von Solarzellen verbessert. Silizium-Quantenpunkte können unter verschiedenen chemischen Bedingungen stabil Licht emittieren und beweisen damit ihre Vielseitigkeit bei der biochemischen Detektion.
Abschlussgedanken
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Entwicklung kadmiumfreier Quantenpunkte angesichts der steigenden Anforderungen an Umweltschutz und Gesundheit nicht nur ein Fortschritt in Wissenschaft und Technologie ist, sondern auch eine Erkundung der zukünftigen Medizin. Wie werden sich diese neuen Materialien auf unser Leben und die Richtung der Behandlung auswirken? Ist es unserer Überlegung und Erwartung wert?
