고효율로 형광을 방출하는 생물 표지 된 나노 로투스 바카라를 성공적으로 제작

바카라 커뮤니티 (Yoshikawa Hiroyuki 회장) (이하 "AIST"라고 불리는) 광학 기술 연구 부서 [연구 부서 Watanabe Masanobu] Lightwave Control Device Group [Research Group Director Nishii Junji] Murase Shio 최고 연구자들은 장기간에 걸쳐 지루하고 있으며, 유동적 인 유동성조명 효율높음 (68% 빨간색)Indium Phosphate (INP)성공적으로 나노 로투스 바카라를 개발했습니다

이 나노 로투스 바카라는 코어 (핵)로서 INP를 갖는 INP/ZnS 코어 쉘-타입 구조를 가지며 외부 표면은 아연 황화물 (ZNS)으로 코팅된다 반응 조건을 제어하고 ZNS 코팅을 두껍게함으로써, 빛나는 효율과 화학적 안정성이 향상되었다 동시에, 황을 함유하는 계면 활성제를 나노 로투스 바카라의 표면에 결합하여 물 분산 성을 제공하였으며, 이는 생체 신청에 필수적이다

연구 목적으로, 연구 목적을 위해 배양 세포와 같은 생체 내에서 미량 물질의 양, 분포 및 움직임을 관찰하기위한 형광 나노 로투스 바카라로서 ZnS- 코팅된다Cadmium Selenide (CDSE)또는 황화 카드뮴 (CDS) 코팅Cadmium Telluride (CDTE)등이 사용되었습니다 이것들은 또한 물 분산 가능성을 만들 수 있지만, 카드뮴으로 인해 세포 사멸을 일으키기 때문에 그들의 적용 범위는 제한되어있다

이번에 개발 된 나노 로투스 바카라는 이전 카드뮴 함유 나노 로투스 바카라보다 더 넓은 범위의 응용에 적용될 것으로 예상된다

이 기술은 Nano Tech 2009에서 전시 될 예정이며, 2009 년 2 월 18 일부터 20 일까지 도쿄 큰 시야에서 개최됩니다

자외선 조사 중에 방출되는 수중 분산 나노 로투스 바카라 형광성 색상은 INP (코어)의 로투스 바카라 크기에 따라 변화합니다

생물학적 물질에 결합하고 신체 내외의 양, 분포 및 움직임을 조사하는 생물 사용에 대해 매우 밝고 안정적형광 시약에 대한 요청 성장하고 있습니다 직경은 약 2-6 nm (나노 미터)반도체 나노 로투스 바카라표면 조건이 잘 제어되면 고효율이 방출됩니다 CDSE 및 CDTE는 반도체 나노 로투스 바카라로서 사용되었다 밝기가 높으면 파장 흡수 및 방출 범위가 분리되므로 방출 감지의 정확도가 향상 될 수 있습니다 또한,양자 크기 효과9946_10014

그러나, 배양 된 세포에서의 시험에서, 용리 된 카드뮴은 카드뮴을 함유하는 나노 로투스 바카라에서 세포 사멸을 유발하는 것으로보고되었다 나노 로투스 바카라를 코팅 할 때 독창성으로 용리를 줄일 수는 있지만 카드뮴을 사용하지 않는 것이 더 효과적입니다

그림 1 긴 파장 범위 및 방출 파장 (벌크 바디)에서 빛을 방출하는 III-V 및 II-VI 반도체의 유형

반도체 나노 로투스 바카라의 방출 파장은 양자 크기 효과로 인해 벌크 바디의 방출 파장이므로, 녹색으로 녹색을 방출하는 나노 로투스 바카라를 얻으려면 벌크 몸체의 방출 와이어를 갖는 반도체가 빨간색보다 길게 방출되어야한다 그런II-VIandIII-V 가족벌크 바디의 반도체의 유형과 배출 파장이 그림 1에 나와 있습니다

이 그림으로부터, 카드뮴 (CD) 또는 비소 (AS)가없는 긴 파장에서 방출되는 인듐 포스 파이트 (INP)는 거의 유일한 후보임을 알 수있다 INP 나노 로투스 바카라는 독일과 미국을 포함하여 전 세계에 제조되었지만, 모두 엄격한 반응 조건이 필요하며, 물로 옮겨지면 발광 강도가 감소합니다 따라서 목표는 안전하고 편리한 방식으로이를 생산할 수 있고 물에서도 높은 빛나는 효율을 얻는 것이 었습니다

이 연구는 JST (Japan Science and Technology Agency)의 원래 Seeds Development Project : 대학 기반 벤처 창출 홍보에서 수행되었습니다

INP 나노 로투스 바카라 (로투스 바카라 크기 23-40 nm)는 그림 2Solvo 열 방법, 비 폭발성 인 화합물, 트리스 (디메틸 아미노) 포스 핀 (TDAP, [(ch₃)₂n]₃P)를 사용하여 비교적 저온 (150-180 ℃)에서 유기 용매에서 합성되었다

그림 2 용액 방법에 의한 INP 나노 로투스 바카라 제작

다음으로, INP 나노 로투스 바카라가 알칼리성 수성 단계와 접촉 할 때 수성 상으로 옮겨 질 때 황-함유 계면 활성제 (티오 글리콜산) 및 아연 이온이 용해되는 것처럼, 강한 코발 결합을 갖는 INP는 반응성이 낮다는 것이 밝혀졌다Aqua Regia에서만 녹는 것으로 알려졌다 그러나, 나노 로투스 바카라를 전환시킴으로써 반응성이 증가하고 반응이 약간 용해되고 수성 상이 전달 된 것으로 밝혀졌다 이것이 자외선으로 조사되었을 때, 티오 글리콜 산은 나노 로투스 바카라의 표면에 광화학 반응에 의해 분해되어 Zn의 코팅을 형성하여 보호 층이되었다

그림 3 3 단계로 구성된 물 분산성, 고도로 빛나는 효율 INP/ZNS 나노 로투스 바카라 : 유기 용액 방법, 수성 상으로의 전환 및 수성 단계에서의 빛 조사

이 3 단계 반응에 의해, 두꺼운 ZN으로 코팅 된 코어 (핵) 및 코어 쉘 나노 로투스 바카라로서의 INP가 얻어 질 수 있음이 밝혀졌다 이들 나노 로투스 바카라의 표면은 계면 활성제로 덮여 있었기 때문에 물에 잘 분산되어 고효율 (녹색에서 빨간색 영역에서 30% 이상, 최대 68%))에서 방출되었다 그림 4는 자외선 조사 동안 흡수 및 방출 스펙트럼 및 광 방출 상태를 보여줍니다

그림 4 물에 분산 된 INP/ZNS 나노 로투스 바카라의 흡수 (점선) 및 방출 (실선) 스펙트럼 및 자외선 조사시 방출

13230_13315epitaxial Growth13364_13389격자 상수의 차이로 인해 층이 껍질을 벗기는 것으로 밝혀졌습니다 또한 CDSE/ZNS의 경우흥분스며들지 않을 가능성이 적었고, 약 05 nm의 ZnS 두께 만 충분했습니다

따라서, 과거에, INP의 경우, ZnS 층은 에피 택셜 방법을 사용하여 유기 용액에 적용되었지만 충분히 높은 발광 효율은 달성되지 않았다 이번에는, 수성 상을 전달 한 다음 표면 광선을 조사함으로써 표면 화학 반응을 수행하여 두꺼운 ZNS 코팅 (15 nm)을 초래 하였다 그림과 같이 도 5에서, 계산은 또한이 재료가 엑시톤 전자가 노출되는 것을 방지하기 위해 유사한 두께가 필요하다는 것을 보여 주었다

이 ZNS 코팅은 빛나는 효율을 증가시킬뿐만 아니라 나노 로투스 바카라의 화학적 안정성을 향상시켜 생명 공학 분야에 사용되는 고농도의 염을 포함하는 환경에서 사용하기에 유리합니다 실온 및 대기에서, 몇 개월간의 저장 후에도 발광 효율은 변하지 않았으며, 빛나는 및 흡수 스펙트럼의 변화는 관찰되지 않았다

그림 5 acciton 전자 파도 기능과 ZnS 쉘 두께 사이의 관계/ZnS 나노 로투스 바카라

조성 분석은 그룹 III (IN)에 대한 그룹 V (P)의 몰비가 이전에보고 된 값 (약 11) (약 18)보다 높았다는 것을 밝혀냈다 이 제조 방법을 사용하여 생산 된 나노 로투스 바카라에서, 많은 양의 IN이 표면에 배치된다

이진 시스템에서 녹색과 적색광을 방출하고 카드뮴과 같은 강한 독성을 갖지 않는 반도체 재료는 주기율표에서 INP에 거의 독점적입니다 이 INP는 안전한 제조 방법을 가지고 있으며, 물에서 안정적인 높은 발광 효율을 얻을 수있어 실질적인 의미가 있습니다 앞으로이 회사는 생명 공학 분야에서 광범위한 응용 프로그램을 목표로 대량 생산을 고려하고 관련 제조업체와 함께 일하면서 벤처 개발 준비를 할 계획입니다

◆ 조명 효율

 

내부 양자 효율이 사용되는 발광 재료의 특성을 나타냅니다 이것은 형광 방출의 광자의 비율이 인에 의해 흡수 된 여기 빛의 광자에 대한 비율이다[참조로 돌아 가기]

◆ Indium Phosphate (INP)

 

III-V 그룹 반도체 중 하나 인 Indium, III-Genus 요소 및 V-Genus 요소 인 인으로 구성됩니다 대량으로, INP는 광학 통신, 초고속 트랜지스터, 공진 터널링 다이오드 등을위한 광수 수신 및 수신 장치를위한 단결정 기판으로 사용됩니다 나노 로투스 바카라 상태에서, 표면 상태가 잘 제어되면, 그것은 강한 녹색-빨간 형광을 방출한다[참조로 돌아 가기]

◆ 카드뮴 셀레 나이드 (CDSE)

 

II-VI 그룹 반도체 중 하나 CDSE는 적외선 광학 성분 (분극제, 빔 스플리터 등)으로 대량으로 사용됩니다 나노 로투스 바카라 상태에서, 표면 상태가 잘 제어되면, 강한 청색에서 빨간색 형광이 방출된다[참조로 돌아 가기]

◆ Cadmium Telluride (CDTE)

 

II-VI 그룹 반도체 중 하나 CDTE는 방사선 검출기 등으로 대량으로 사용됩니다 나노 로투스 바카라 상태에서 표면 상태가 잘 제어되면 강한 녹색-빨간 형광을 방출합니다[참조로 돌아 가기]

◆ 형광 시약

 

형광 특성의 변화에 기초하여 특정 물질 (생물학적 관련 물질 등)과 주변 환경을 조사하는 데 사용되는 시약 이러한 형광 시약의 방출 파장, 발광 효율, 편광 정도 및 빛나는 수명은 환경에 따라 다르기 때문에, 형광 시약에 결합 된 물질의 운동, 방향, 분자 간 거리 및 형광성 시약 주변의 특이 적 이온의 농도를 조사 할 수있다[참조로 돌아 가기]

◆ 반도체 나노 로투스 바카라

 

반도체는 금속과 절연체 사이의 실온 10에서 전기 전도도가 있습니다³~ 10^-10약 S/cm의 물질 전형적인 반도체 재료는 Znse, Znte, CDSE, CDTE 등과 같은 II-VI 화합물, 실리콘 및 게르마늄과 같은 그룹 IV 요소 및 GAA 및 INP와 같은 그룹 III-V 화합물입니다 반도체 나노 로투스 바카라는 직경이 약 2 내지 10 nm 인 반도체 재료로 제조 된 로투스 바카라를 가리며, 각 나노 로투스 바카라는 10²~ 10⁴숫자입니다 양자 크기 효과는 벌크 (가시 크기의 질량) 반도체로부터 다른 파장의 빛을 흡수하고 방출한다[참조로 돌아 가기]

◆ 양자 크기 효과

 

로투스 바카라가 작아지면서 재료의 전자 상태가 변하는 현상, 짧은 파장의 빛을 흡수하거나 배출하는 현상 특히 직경이 10 nm 미만인 로투스 바카라가 종종 나타납니다[참조로 돌아 가기]

◆ II-VI 가족

 

Group II 요소의 1 : 1 원자 비율 화합물에 대한 일반적인 용어 Zn, 카드뮴 Cd 및 Group II 요소 및 Group VI 요소 Sulfur S, Selenium SE 및 Tellurium TE (때로는 산소 O 포함)의 Mercury HG 이들 모두는 고체이며, 같은 요소의 화합물에서 다른 요소의 원자 수가 높을수록 색상이 어두워집니다 모두 반도체이며, 파트너 요소의 원자 수가 증가함에 따라 밴드 갭이 좁아집니다[참조로 돌아 가기]

◆ III-V 가족

 

그룹 III 및 그룹 V 요소를 사용하는 반도체 대표적인 그룹 III 요소는 알루미늄 (AL), 갈륨 (GA) 및 인디움 (IN)을 포함하는 반면, 그룹 V 요소는 질소 (N), 인 (P), 비소 (AS) 및 안티몬 (SB)을 포함합니다 또한, 붕소 (B), 탈 리움 (TL) 및 비스무트 (BI)는 또한 그룹 III-V 화합물 반도체의 구성 요소이다 구성 요소의 원자 수가 클수록 밴드 갭이 더 좁습니다 그룹 III 및 그룹 V 요소를 하나씩 결합하는 이진 반도체 외에도 3 원 및 4 차 반도체도 있습니다[참조로 돌아 가기]

◆ Solvo 열 방법

 

용매의 비등점 위의 온도에서 수행 된 용매에서의 반응 열수 반응은 전형적인 반응이지만, 유기 용매에서도 무기 화합물의 형성 반응이 진행되어 나노 로투스 바카라를 얻을 수 있습니다[참조로 돌아 가기]

◆ Aquaregia

 

A 3 : 1 부피 비율 농축 염산 및 농축 질산의 혼합물 그것은 오렌지색이며 산화 및 부식 특성이 매우 강합니다 通常の酸には溶けない金や白金等を含めて多くの金属を溶解できるため、分析化学・貴金属塩の製造・ガラス器具の洗浄などに用いられる。[참조로 돌아 가기]

◆ 에피 택셜 성장

 

다른 결정의 표면에 하나의 결정을 재배하는 기술과 방법 결정은 결정의 상단에서 기저 결정의 결정면과 정렬되는 방향으로 자랍니다 이것은 자란 결정의 결정 구조와 격자 상수가 가까울 때 발생할 가능성이 더 높습니다[참조로 돌아 가기]

◆ lttice constant

 

결정 단위 셀의 길이 및 과축 각도로 결정에 내재 된 일정한 일정 단위 셀의 각 모서리의 길이는 그들 사이의 각도 α, β, γ로 표현된다 때로는 각 융기의 길이에 의해서만 표현됩니다[참조로 돌아 가기]

◆ 흥분

 

반도체 또는 절연체의 여기 상태의 한 쌍의 전자 및 구멍은 쿨롱 힘에 의해 결합됩니다 광습기 등으로 인해, 절연체의 원자가 밴드 또는 전도 대역으로의 반도체 전이의 전자는 원자가 밴드에서 구멍이 생성되고 전자는 전도 대역에서 생성된다 양으로 하전 된 구멍은 음으로 하전 된 전자와 쿨롱 인력에 의해 결합되며 단일 로투스 바카라로 처리 될 수 있으며,이 상태를 흥분이라고합니다 엑시톤은 비금속 결정의 전형적인 전자 발전 상태이며, 이는 광학 특성에 큰 영향을 미칩니다[참조로 돌아 가기]