Một số tiềm năng ứng dụng của chấm lượng tử carbon

1.2. Chấm lượng tử carbon

1.2.2. Một số tiềm năng ứng dụng của chấm lượng tử carbon

Gần đây, các chấm lượng tử carbon (CQDs) đã xuất hiện như là các lựa chọn thay thế khả thi cho các chấm lượng tử bán dẫn truyền thống vì sự tổng hợp dễ dàng và chi phí thấp, độ ổn định kéo dài, độc tính môi trường và sinh học thấp. CQDs tan tốt trong nước, ít độc hại và có độ huỳnh quang cao có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực quan trọng như đánh dấu sinh học, quang xúc tác, cảm biến và quang điện tử. Dưới đây là một số ứng dụng của CQDs trong nhiều lĩnh vực khác nhau như:

C

ả m biế n s i nh h ọ c

Chấm lượng tử carbon cũng được sử dụng trong quá trình sinh học dựa trên việc sử dụng chất nền, kháng nguyên, kháng thể…trong đầu dò để đo đạc, phát hiện hoặc phân tích hóa chất. Cảm biến sinh học phát hiện các phân tử sinh học quan trọng qua việc tạo ra các tín hiệu quang hoặc tín hiệu điện, từ đó nhận ra chất phân tích. Các chất màu được gắn kết với các phân tử nhận biết để tạo ra một điểm huỳnh quang khi có sự liên kết đặc hiệu. Chấm lượng tử sử dụng làm cảm biến sinh học có nhiều ưu điểm nổi trội so với loại sử dụng các chất đánh dấu cổ điển, như độ hòa tan trong nước cao, khả năng tương thích sinh học tuyệt vời, tính thấm tế bào tốt và độ phát quang cao. Bề mặt của chấm lượng tử có thể dễ dàng thay đổi, tạo ra lộ trình đơn giản cho sự nhận biết các phân tử. Thêm vào đó, do kích thước nhỏ nên dễ dàng đưa chúng vào sử dụng trong các thiết bị điện tử hiện nay [1].

P

i n m ặ t trờ i

Chấm lượng tử đã thu hút sự chú ý của các nhà nghiên cứu như là chất quang điện tiềm năng trong các tế bào năng lượng mặt trời. CQDs có thể được sử dụng làm chất quang hóa trong các tế bào mặt trời với hiệu quả chuyển đổi quang điện cao. Việc sử dụng CQDs như chất nhạy cảm trong tế bào mặt trời dựa trên tinh thể nano TiO2 là một chiến lược mới, cho phép sử dụng trong các tế bào quang điện tiên tiến hiện nay. Ưu điểm của CQDs là khả năng chuyển ảnh điện tử tốt, thân thiện với môi trường và chi phí chế tạo thấp.

Không giống các loại pin truyền thống, pin mặt trời chấm lượng tử sử dụng màng mỏng các tinh thể nano bán dẫn để hấp thu ánh sáng. Quá trình truyền năng lượng của CQDs chỉ diễn ra trong thời gian ngắn (dưới 10-15 giây) và có rất ít electron bị mất đi dưới dạng nhiệt. Nhờ vậy, hiệu suất chuyển hóa năng lượng của pin mặt trời sẽ được nâng cao [4].

Ứng dụ n g l à m chất đá nh d ấ u h u ỳ nh q u a ng

Đánh dấu huỳnh quang là ứng dụng phổ biến nhất của CQDs trong sinh học. CQDs là các hạt nano huỳnh quang có thể được tổng hợp nhanh chóng bằng phương pháp đơn giản, chi phí thấp và không thể hiện bất kỳ dấu hiệu ngộ độc nào ở động vật. Do đó, CQDs được sử dụng cho các nghiên cứu in vivo. Điều này được minh họa khi nghiên cứu độc tính ở chuột, chuột được tiêm CQDs và thử nghiệm trong bốn tuần. Kết luận rằng chức năng nội tạng hầu như không bị ảnh hưởng. Người ta biết rằng các CQDs được thải trừ nhanh chóng khỏi cơ thể khi tiêm tĩnh mạch, tiêm bắp và tiêm dưới da. Thêm vào đó, độ tương phản huỳnh quang đã chứng tỏ CQDs hoạt động như chất quang hóa hiệu quả [8].

Hình 1.7. Hình ảnh huỳnh quang của chuột mang khối u.

C

ả m biế n h ó a h ọ c

Đây là một ứng dụng thú vị của CQDs trong lĩnh vực cảm biến. Việc phát hiện các ion kim loại nặng như Hg2+, Cu2+, Pb2+ có tầm quan trọng vì ảnh hưởng nguy hiểm của chúng đối với môi trường và sức khỏe con người.

CQDs được sử dụng cho cảm biến hóa học vì độc tính thấp, khả năng hòa tan trong nước và độ ổn định hóa học cao. Một trong những nỗ lực đầu tiên của việc sử dụng CQDs trong cảm biến hóa học là phát hiện chọn lọc Hg2+ trong dung dịch và tế bào sống. Cùng với sự phát hiện ion kim loại nặng, CQDs cũng được ứng dụng trong việc phát hiện pH, F-, I-, ClO- và khí NO2 [8].

Qu

a n g x ú c tác

Những năm gần đây, quá trình quang xúc tác đã đạt được động lực to lớn. Với khả năng khai thác bước sóng dài và trao đổi năng lượng, CQDs được sử dụng như là chất xúc tác trong tổng hợp hữu cơ. Các CQDs kích thước nhỏ hơn (1-4 nm) là chất xúc tác quang học cho quá trình oxy hóa chọn lọc của rượu với benzaldehyde với hiệu suất chuyển đổi cao. Các CQDs kích thước lớn hơn (5-10 nm) có thể được sử dụng làm chất xúc tác axit để xúc tác cho các biến đổi hữu cơ trong môi trường nước dưới ánh sáng khả kiến [12].