Mis on fluorestseeruvad nanodiamondid?

Mis onfluorestseeruvad nanoteemandid?

Fluorestseeruvad nanoteemandid (FND-d) on nanoteemantmaterjalid, mille suurus on mõnest nanomeetrist kuni mitmesaja nanomeetrini, ja millel on võime kiirata fluorestsentsi, kuna nende teemantkristallvõre on optiliselt aktiivsed "värvikeskuse" defektid. Nende kaks peamist rakendust onbiopildistaminejakvanttuvastus.

Need teeb tõeliselt ainulaadseks nende võime "kiirgust kiirgada ilma, et valgusega kokkupuude neid halveneks". Erinevalt tavapärastest orgaanilistest värvainetest või kvantpunktidest, mis tuhmuvad (või "fotovalgendiga") intensiivse valgustuse korral, on teemantide värvikeskused erakordselt stabiilsed. Lisaks, kuna neil on äärmiselt madal tsütotoksilisus, sobivad need ideaalselt pikaajaliseks ja täpseks bioloogiliseks märgistamiseks ja rakkude jälgimiseks.

1 Kust fluorestsents tuleb? Valguse emissioon värvikeskuste kaudu

Teemant on puhtal kujul süsinikkristallvõre, mis ei kiirga valgust. FND-de (fluorestseeruvate nanoteemantide) fluorestsents pärineb võre "värvikeskustest" - aatomiskaala defektidest. Kõige tavalisem ja põhjalikumalt uuritud tüüp onNV (lämmastiku-vakantsi) keskus: lämmastikuaatom asendab süsinikuaatomit, millega kaasneb külgnev vakantsus. See paar kiirgab punast valgust, kui seda ergastab roheline tuli (null-fonoonjoon on ligikaudu 637 nm juures ja spektrivahemik ulatub ligikaudu 600–800 nm). Lisaks NV-keskustele on ka teisi, näiteks ränivaba (SiV) ja germaaniumivaba (GeV) keskusi, mis kiirgavad infrapunakiirgust, muutes need eriti hästi sobivaks sügaval bioloogilistes kudedes pildistamiseks.

Need värvikeskused sisestatakse tavaliselt kahel viisil: kas lisades lämmastiku lisandeid kõrgsurve ja kõrgtemperatuurilise (HPHT) sünteesi ajal, millele järgneb kiiritamine ja lõõmutamine, või nanoteemantide ioonide implanteerimise ja järgneva kuumtöötlemise teel. Kuna üks nanoteemant võib sisaldada mitut NV-keskust, toimivad FND-d samaaegselt fluorestsentssondidena ja aatomiskaala kvantanduritena.

2. Miks see ületab värvaineid ja kvantpunkte

• Vastupidavus fotovalgendusele: teemandi jäigasse kristallvõresse sisseehitatud värvikeskused ei tuhmu isegi pikaajalise intensiivse valgustuse korral, võimaldades pidevat pildistamist tundide või isegi päevade jooksul.
• Suurepärane biosobivus: Teemant on keemiliselt inertne ja mittetoksiline; kui selle pind on funktsionaliseeritud selliste rühmadega nagu karboksüül-, amino- või PEG-rühm, saab selle sisestada otse rakkudesse.
• Kõrge fluorestsentsi heledus ja lai spektrivahemik: see kiirgab punases/pea-infrapuna piirkonnas ja sellel on madal autofluorestsents.
• Multifunktsionaalsus ja laiendatavus: Üks fluorestseeruv nanoteemant (FND) võib toimida nii fluorestsentskujutise sondina kui ka magnetväljade, temperatuuri või elektriväljade nanomõõtmelise andurina.

3. Kasutusvaldkonnad: alates bioloogilisest märgistamisest kuni kvanttuvastuseni

• 1. Bioimaging ja rakkude jälgimine: Fluorestseeruvaid nanoteemante (FND) kasutatakse laialdaselt rakkude pikaajaliseks märgistamiseks, tüvirakkude jälgimiseks ja kasvaja metastaaside radade uurimiseks. Kuna need ei pleegita fotoga, võimaldavad nad rakkude migratsiooni pidevat jälgimist in vivo mitme nädala jooksul – orgaaniliste värvainetega on see võimatu. Kombineerituna ülieraldusvõimega pilditehnikatega (nagu STED, PALM või STORM), võimaldavad FND-d isegi ühemolekulilise eraldusvõime tasemel pildistamist.
• 2. Ravimitarne ja teranostika: nanoteemantide pinda saab laadida ravimitega, nagu doksorubitsiin või tsisplatiin, et moodustada nanoteemant-polümeeri komplekse, mis hõlbustavad raviainete püsivat vabanemist. Samal ajal saab FND-de fluorestsentsi kasutada nende ravimite leviku jälgimiseks, luues nn "teranostilise" (terapeutiline + diagnostika) platvormi.
• 3. Quantum Sensing: NV keskuste "superjõud".: Lämmastiku vakantsuskeskused (NV) on väga tundlikud magnetväljade, temperatuuri ja elektriväljade suhtes, mistõttu on need tänapäeval üks silmapaistvamaid tahkis-kvantanduri platvorme.

• Peamised rakendused hõlmavad järgmist:

  Neuromagnetiline pildistamine: FND-de kasutamine neuronite vallandumisel tekkivate nõrkade magnetväljade mõõtmiseks, mis võimaldab tuvastada ajusignaale ilma füüsilisi elektroode kasutamata.
  Intratsellulaarne termomeetria: elusrakkudesse sattudes saavad nanoteemandid mõõta kohalikke temperatuure reaalajas, hõlbustades raku ainevahetuse uurimist.
  Pooljuhtide defektide tuvastamine: NV-põhise magnetmikroskoopia kasutamine pooljuhtkiipide sisemiste voolude ja defektide tuvastamiseks.

• 4. Võltsimisvastane ja turvalisus: FND-de ainulaadsed fluorestsentsspektrid võivad olla väga turvalised võltsimisvastased markerid selliste esemete jaoks nagu pangatähed, luksuskaubad ja isikut tõendavad dokumendid.

4. Arengu ajalugu: laborist kommertsialiseerimiseni

• 1960s–1980s: NV keskused avastati lahtiselt teemant; uuringud viidi peamiselt läbi tahkisfüüsika laborites, mida kasutati spektroskoopias.
• 1990s: Saavutati detonatsiooninanoteemantide laiaulatuslik tootmine, luues fluorestseeruvate nanoteemantide (FND) materiaalse aluse.
• 2005–2008: Uurimisrühmad, sealhulgas Yale'i ülikooli omad, alustasid NV-keskust sisaldavate nanoteemantide kasutamist bioloogiliste fluorestsentssondidena, näidates nende fotostabiilsust ja madalat toksilisust elusrakkudes.
• 2008–2015: NV-keskusel põhineva kvantsensori valdkonna aktiivsus tõusis; uurimisrühmad sellistes institutsioonides nagu Harvardi ülikool, Stuttgarti ülikool ja Kaiserslauterni ülikool demonstreerisid rakendusi, sealhulgas nanoskaala magnetomeetriat ja üheraku termomeetriat.
• 2015 – praegune: FND-d on muutunud kaubanduslikult kättesaadavaks; kvantsensoorsed tehnoloogiad arenevad tööstuslike prototüüpide suunas ja biomeditsiinilised rakendused on jõudnud prekliiniliste uuringute etappi.

Võttes näiteks kõva tera: täppisviimistlusega alumiiniumrummu laaditakse vormi ja sellele tehakse galvaniseerimise eeltöötlus – rasvaärastus, oksiidieemaldus, hapestamine ja alumiiniumi aktiveerimine. Seejärel töödeldakse seda elektrolüüdis, mis on segatud teemantterastikuga; nikliioonid ladestuvad rummu pinnale, lukustades teemanditerad kihthaaval niklikatte sees, kuni moodustub täielik üliõhuke teemantratas.

5. Tuleviku väljavaade

FND (fluorestseeruva nanodiamondi) tootmisprotsesside edenedes väärivad tähelepanu mitmed võtmevaldkonnad: esiteksalla 10 nm, ühe NV-keskuse üliväikesed FND-det veelgi minimeerida rakusiseseid häireid ja suurendada kvantsensori tundlikkust. Teiseks pinnakeemia standardimine, et tagada partiidevaheline järjepidevus ja hõlbustada kliinilist tõlkimist. Kolmandaks, kvantanduri turustamine, eriti sellistes valdkondades nagu pooljuhtide kontroll, neuroteadus ja kaasaskantav magnetresonantstomograafia (mikro-MRI). Neljandaks multimodaalsete diagnostika- ja raviplatvormide loomine FND-de integreerimise kaudu teiste nanomaterjalidega (nt kvantpunktid või magnetilised nanoosakesed).

On ette näha, et FND-d arenevad "nišilaborimaterjalist" kahe triljoni dollari suuruse turu – biomeditsiini ja kvantsensori – ristumiskoha suunas.

Huicetoolsi kohta:Huicetools on teemanttööriistade tootja. 2006. aastal asutatud ettevõte pakub laialdast tööstuskogemust, otse tehasest müüki ja suurepärast hinna ja kvaliteedi suhet. Selle põhitootevalikusse kuuluvad teemantsegment, teemantrõngas saeleht, teemantseina saeleht, teemanttraatsae, teemantlihvimiskingad, teemantlihvlihvkettad, teemantsaelehed, teemantlihvsegmendid, teemantlihvimis- ja poleerimispadi/ketas ning puurid, mis on mõeldud kivitöötlemiseks ja -ehituseks ning insenerirakendusteks.

Vastutusest loobumine:See artikkel on koostatud ja kohandatud Hiina Internetis avalikult kättesaadava teabe ja üldiste tööstuse teadmiste põhjal; see on mõeldud ainult professionaalseks teabevahetuseks ja teabevahetuseks. Siin mainitud tehnilised parameetrid, rakendusvaldkonnad ja arendusetapid on mõeldud ainult hariduslikel eesmärkidel; tegelik jõudlus võib olenevalt tootmismeetoditest ja konkreetsetest kasutustingimustest erineda. Ettevõte ei anna garantiid selle teabe täielikkuse, täpsuse ega õigeaegsuse kohta ning seda ei tohiks tõlgendada kui nõuannet investeerimis- või hankeotsuste tegemiseks. Reprodutseerimiseks või tsiteerimiseks võtke ühendust Huicetoolsiga ja viidake algallikale.