کاربردهای نقاط کوانتومی

کاربرد نقاط کوانتومی در پزشکی

انتشار نور توسط نقاط کوانتومی در تشخیصهای پزشکی کاربردهای فراوان دارد.این نقاط به صورت برچسب فلوئورسانتی عمل می کنند.با این تفاوت که در برابر درخشان شدن،خاصیت وتوانایی خود را از دست نمی دهندو در برابر تعداد سیکلهای تحریک وانتشار نور مقاومت بیشتری از خود نشان می دهند در واقع نقاط کوانتومی با تحریک الکتریکی یا توسط گستره وسیعی از طول موجها در فرکانسهای کاملا مشخص به فلوئور سانس می پردازند،به این شکل که فرکانسی از نور را جذب کرده ودر فرکانس مشخص(که تابع اندازه آنهاست) به نشر نور می پردازند.این ذرات همچنین می توانند بر حسب ولتاژاعمال شده،به انعکاس ،شکست یا جذب نور بپردازند...

1)کاربرد نقاط کوانتومی در پزشکی

انتشار نور توسط نقاط کوانتومی در تشخیصهای پزشکی کاربردهای فراوان دارد.این نقاط به صورت برچسب فلوئورسانتی عمل می کنند.با این تفاوت که در برابر درخشان شدن،خاصیت وتوانایی خود را از دست نمی دهندو در برابر تعداد سیکلهای تحریک وانتشار نور مقاومت بیشتری از خود نشان می دهند در واقع نقاط کوانتومی با تحریک الکتریکی یا توسط گستره وسیعی از طول موجها در فرکانسهای کاملا مشخص به فلوئور سانس می پردازند،به این شکل که فرکانسی از نور را جذب کرده ودر فرکانس مشخص(که تابع اندازه آنهاست) به نشر نور می پردازند.این ذرات همچنین می توانند بر حسب ولتاژاعمال شده،به انعکاس ،شکست یا جذب نور بپردازند

 نقاط کوانتومی می توانند به گونه ای تنظیم شوند که در رنگ های مختلف با یک طول موج نور معین بدرخشند. به عبارتی می توانیم نقاط کوانتومی را بسته به فرکانس مورد نیاز نور انتخاب کنیم و باعث شویم تا یک گروه از نقاط کوانتومی مشابه گروه دیگری با یک طول موج بدرخشند. این امر به برچسبهای چندگانه امکان می دهد تا با استفاده از یک منبع نور وارد ردیابی شوند

امروزه در پزشکی از نقاط کوانتومی در تشخیص مرز واقعی بین سلولهای سالم وسلولهای تومور در مغز می پردازند. نقاط کوانتومی در هنگام تزریق به حیوانات مبتلا به تومور مغزی در محل تومور تجمع می کنند.این نقاط  قابل رویت هستند و حتی زمانیکه تحت تابش قرار نمی گیرند نیز مرئی می باشند. زمانی که نور آبی یا نور ماورای بنفش به آنها تابانده می شود از خود نور فلوئورسانس قرمز ساطع می کنند. محقق این نور را با استفاده از دوربین های دیجیتالی ویژه ، وسایل اسپکتروسکوپی اپتیکی یا میکروسکوپ فلوئورسانس میدان تاریک دریافت می کنند و بدین ترتیب مکان دقیق تومور و حدفاصل آن با بافت سالم را تعیین می‌کنند

نقاط کوانتومی برای کشف سلول های سرطانی در کل بدن ودرمان سرطان نیزکاربرد دارند،به این صورت که این نقاط رادر کپسول های پلیمری قرار می دهند وبا هدف رساندن آن به سلول سرطانی ورساندن دارو به منطقه هدف، برای درمان سلول موردنظر کاربرد دارندویکی اززمینه های بسیارجدید درتحقیقات ، چگونگی دریافت اطلاعات مورد نظرازمولکول ها وسلول ها به وسیله کوانتوم دات ها است

2) نشانگرهای بیولوژیکی

امکان تابش در فرکانس‌های مطلوب، نقاط کوانتومی را ابزاری کارآمد برای نشانه‌گذاری و تصویربرداری از سلول‌های موجودات زنده ساخته است. می‌توان نقاط کوانتومی را به انتهای بیومولکول‌های بزرگ مانند پروتئین‌ها یا رشته‌های  DNA متصل کرد و از آنها برای شناسایی و ردیابی بیماری‌های درون بدن موجودات زنده استفاده کرد

 تنوع طول موج‌های تابش نقاط کوانتومی این امکان را فراهم آورده است که همزمان چندین نشانگر را در اجزای سلول زنده به کار برد و از نحوه و میزان برهمکنش آنها مطلع شد. پیش از این از مولکول‌های رنگی برای این کار استفاده می‌شد که تنوع کمتری از نقاط کوانتومی از نظر رنگ‌ دارند و بیشتر باعث اختلال در فعالیت سلول‌های زنده می‌شوند و برای به‌کارگیری در درون بدن موجودات زنده مناسب نیستند. درواقع نشاندار کردن سلولها تکنیکی است که با استفاده از چندین رنگ جهت مشاهده ساختارهای سلولی نظیر پروتئینهای اسکلت سلولی ویا اندامک هاست

 (3کامپیوتر های کوانتومی

ازنقاط کوانتومی می‌توان برای نمایش یک بیت کوانتومی- یا کیوبیت- در یک کامپیوترکوانتومی استفاده کرد.درواقع کامپیوتر کوانتومی دستگاهی است که یک پدیده ی فیزیکی را بر اساس قوانین مکانیک کوانتومی به صورت منحصر به فردی در می آورد تا به صورت اساسی یک حالت جدیداز پردازش اطلاعات را تشخیص دهد.

 (4دیودهای نورانی سفید

قابلیت تنظیم اندازة گپ انرژی با نقاط کوانتومی، این قابلیت را در اختیار ما می‌گذارد که آنها را به عنوان دیود نورانی به کار بگیریم. به این ترتیب، می‌توان به بازه بیشتری از رنگ‌ها دست یافت و منابع نور با کارآیی بسیار بالا ایجاد کرد. همچنین با ترکیب نقاط کوانتومی با ابعاد مختلف، می‌توان منابع پربازده برای تولید نور سفید ایجاد کرد، زیرا همة آنها را می‌توان از یک طریق برانگیخت

می‌دانیم که نور سفید را می‌توان به نورهایی با رنگ‌های مختلف تجزیه کرد؛ مانند همان چیزی که در رنگین‌کمان مشاهده می‌کنیم. معکوس این حالت هم امکان‌پذیر است، یعنی می‌توان با ترکیب سه پرتو نوری یا بیشتر، با طول موج‌های مختلف، نوری تولید کرد که سفید به نظر بیاید. با آنکه نقاط کوانتومی در ابعاد مختلف طول موج‌های مختلفی تابش می‌کنند، اما همة آنها را می‌توان با یک پرتو نور دارای طول موجی در محدودة ماورای بنفش تحریک کرد.

(5 کاربرد نقاط کوانتومی درسا خت آشکارسازهای مادون قرمز

با کنترل ابعاد نقاط کوانتومی، میدان الکترومغناطیسی ،نور را دررنگها و طول موجهای مختلف، منتشرمی کند. به عنوان مثال، نقاط کوانتومی از جنس آرسنیدکادمیوم با ابعاد 3 نانومتر نور سبز منتشر می کند؛ درحالی که ذراتی به بزرگی 5/5 نانومتر از همان ماده نور قرمز منتشرمی کند. به دلیل قابلیت تولید نور در طول موجهای خاص نقاط کوانتومی ، این بلورهای ریز در ادوات نوری به کارمی روند. دراین عرصه از نقاط کوانتومی در ساخت آشکارسازهای مادون قرمزو دیودهای انتشار دهنده ی نورمی توان استفاده نمود. آشکارسازهای مادون قرمز از اهمیت فوق العاده ای برخوردارند. مشکل اصلی این آشکارسازها مسئله ی خنک سازی آنهاست. برای خنک سازی این آشکارسازها از اکسیژن مایع وخنک سازی الکترونیکی استفاده می شود. این آشکارسازها برای عملکرد صحیح باید دردماهای بسیار پائین، نزدیک به 80 درجه کلوین کارکنند، بنابراین قابل استفاده در دمای اتاق نیستند، درصورتی که از آشکارسازهای ساخته شده با استفاده از نقاط کوانتومی می توان به راحتی در دمای اتاق استفاده کرد

6) اتم‌های مصنوعی

باردار کردن نقاط کوانتومی، به علت کوچکی، به سادگیِ باردار کردن اجسام بزرگ نیست. برای اضافه کردن هر الکترون به یک نقطة کوانتومی، باید بر انرژی الکترواستاتیک بین الکترون‌های روی نقطة کوانتومی غلبه کرد. این کار را با اِعمال میدان الکتریکی انجام می‌دهند. الکترون‌هایی که به نقاط کوانتومی اضافه می‌شوند، در ترازهای گسستة انرژی قرار می‌گیرند. این ترازها شبیه ترازهای مختلف اتم‌های عناصرند. به همین علت، به این نقاطِ کوانتومی باردارشده «اتم‌های مصنوعی» می‌گویند که خواصی متفاوت از اتم‌های عناصر طبیعی دارند. این اتم‌ها، امروزه موضوع تحقیقات وسیعی هستند و تعدادی از آنها به نام اولین کسی که این آزمایش‌ها را رویشان انجام داده، نامگذاری شده است 

(7 عناصر مدارهای نوری

یکی از اصلی‌ترین چالش‌های صنعت ارتباطات، سرعت انتقال داده‌هاست که در حال حاضر به علت محدودیت طبیعیِ نیمه‌رساناهای توده‌ای در جذب و پاسخ به سیگنال، نمی‌تواند بیشتر از این شود. قابلیت تنظیم انرژی گپ و به تبع آن طیف جذبی و خواص ویژة نقاط کوانتومی، می‌تواند بر این مشکل فائق آید. نقاط کوانتومی همچنین قابلیت ایجاد لیزرهای کارآمدتر با اغتشاش کمتر برای ارتباطات سریع‌تر را فراهم می‌کنند

8) سلول های خورشیدی

در نبود سوخت‌های فسیلی، یکی از منابع مهم تولید انرژی الکتریکی، تابش خورشید است. به دلیل افزایش نیاز بشر به منابع انرژی پاک، صنعت تولید سلو لهای خورشیدی با سرعت بسیاری در حال گسترش است.مشکل اصلیِ سلول خورشیدی کنونی، هزینة بالا و کارآیی کمِ آنهاست. سلول‌های خورشیدی از موادّ نیمه‌رسانا تشکیل شده‌اند که با جذب نور خورشید، الکترون‌ها را به ترازهای باند رسانش هدایت می‌کنند و به نحوی باعث ایجاد نیروی محرکة الکتریکی می‌شوند. بازدهی سلول‌های خورشیدی توسط طیف جذبی آنها که جزو خواص ذاتی نیمه‌رساناهای توده‌ای است تعیین می‌شود.

سلو لهای خورشیدی سیلیکونی متعارف توانایی لازم برای تبدیل تمام انرژی فوتو نهای جذب شده به الکترو نها وحفر ه های آزاد و در نهایت تولید الکتریسیته را ندارند. از سوی دیگر، به علت قیمت بالای مواد خام نیمه هادی و نیز فرآیندهایی که برای تبدیل مواد خام به سلو لهای کاربردی نیاز است هزینه ی تولید این سلو لها بسیار بالا است. نقاط کوانتومی انقلابی را در تولید سلو لهای خورشیدی ارزا ن قیمت با بازد هی بالا آغاز کرده است.  انواع مختلف نقاط کوانتومی که به منظور تطبیق یافتن و جذب نور طیف خورشید طراحی شده اند را می توان در یک سلول خورشیدی گردآوری نمود .نقاط کوانتومی باا ستفاده ا زا ندازه منحصربه فردشان از قابلیت های مهمی برای برقراری تعامل نوری بامنبع نور برخوردار هستند. در سیلیکو نها، یک فوتون نوری، یک الکترون از مدار اتم رها می سازد. دراواخر دهه 90 میلادی آرتور نوزیک از محققان ارشد آزمایشگاه ملی منابع تجدیدپذیر انرژی در کلورادوی آمریکا بر این فرض بود که نقاط کوانتومی مواد خاص نیمه هاد یها هستند که می توانند به هنگام برخورد با فوتو نهای دارای سطح انرژی بالا دو یا تعداد بیشتری الکترون آزاد کنند. این فرآیند را در پایانه های فو ق بنفش و آبی طیف رنگی نیز مشاهده میکنیم.در واقع با طراحی نقاط کوانتومی که بیشتر همپوشانی را در طیف جذبی با طیف نور خورشید داشته باشند، می‌توان بازدهی سلول های خورشیدی را تا بیش از 90 درصد افزایش داد.