Квантовые точки: опыт и перспективы применения в аналитических системах

Abstract

Статья носит обзорный характер, в ней анализируется динамика публикационной активности, оцениваются возможности применения квантовых точек для решения различных аналитических задач. При этом внимание уделяется как традиционным, так и сравнительно редким направлениям аналитического применения этих наноструктур. Представлен краткий обзор типов, достоинств и недостатков способов синтеза, влияния внешних факторов на ширину запрещенной зоны и интенсивность люминесценции неорганических наноразмерных люминофоров - квантовых точек разной природы. Систематизированы области применения и основные задачи, решаемые с применением квантовых точек. Обсуждаются их аналитические характеристики, эксплуатационные свойства и способы управления ими. Показано, что эффективным способом управления аналитическими свойствами систем на основе квантовых точек является направленное изменение сродства к компонентам за счет варьирования природы стабилизирующей или модифицирующей оболочки. Для использования в аналитических целях выделены полупроводниковые коллоидные квантовые точки, покрытые оболочкой с большей шириной запрещенной зоны, как наиболее часто используемые системы, благодаря их хорошим фотостабильности и квантовому выходу флуоресценции. Показаны преимущества и недостатки других типов оболочек, а также способы их модификации. Рассмотрены решения для органического анализа и медицинской диагностики. Рассмотрены системы квантовых точек, применяемые в качестве биосенсоров, с различными направляющими агентами, сопоставлены их свойства, достоинства и недостатки. Определены мало проработанные вопросы и решения в направлении применения квантовых точек для разработки сенсорных систем, использования их для неинвазивного анализа живых систем по результатам детектирования легко летучих органических соединений.

The article is of a review nature, in which the dynamics of publication activity is analyzed and the possibilities of using quantum dots to solve various analytical problems are evaluated. The attention is paid to both traditional and relatively rare areas of analytical application of these nanostructures. A brief review of the types, advantages and disadvantages of synthesis methods, the influence of external factors on the band gap and luminescence intensity of inorganic nanosized phosphors, quantum dots of different nature, is presented. The areas of application and the main tasks solved with the use of quantum dots are systematized. Their analytical characteristics, operational properties and ways of regulating them are discussed. An effective way to control the analytical properties of the systems based on quantum dots is a directional change of the affinity for components by varying the nature of the stabilizing or modifying shell. Semiconductor colloidal quantum dots coated with a larger bandgap shell were selected for analytical use as the most commonly used systems due to their good photostability and fluorescence quantum yield. The advantages and disadvantages of other types of shells, as well as ways of modifying them, are shown. Solutions for organic analysis and medical diagnostics are considered. Systems of quantum dots used as biosensors with various guiding agents are considered, and their properties, advantages and disadvantages compared. Little studied issues and solutions in the direction of using quantum dots for developing sensor systems and their use for non-invasive analysis of living systems based on the results of detection of volatile organic compounds are identified.