S? phát tri?n c?a c?ng ngh? nano ?? ?óng m?t vai trò quan tr?ng trong nghiên c?u khoa h?c trong nh?ng th?p k? g?n ?ay. Các v?t li?u nano v? t?n hi?n ???c s? d?ng r?ng r?i trong nhi?u l?nh v?c t? xúc tác ??n y sinh. Trong s? các v?t li?u nano khác nhau, tinh th? nano d?ng keo có th? là m?t trong nh?ng v?t li?u nhánh quan tr?ng nh?t, và nó có tri?n v?ng ?ng d?ng m?nh m? trong nhi?u l?nh v?c. Paul Alivisatos c?a ??i h?c California t?i Berkeley ?? th?c hi?n r?t nhi?u c?ng trình ??t phá trong l?nh v?c nano. ?ng ?? ??t m?t cau h?i nh? v?y trong s? ??u tiên c?a t?p chí n?i ti?ng Nano Letters [1]: T?i sao m?t ph?m vi t? l? c? th? nh? v?y có th? xác ??nh m?t ph?m vi? Khoa h?c và m?t t?p chí khoa h?c? ?i?m ??c bi?t c?a thang ?o nanomet h?p d?n nh? v?y là gì? ? ?ay, chúng t?i ?? biên so?n m?t chú thích nh? ?? c? g?ng gi?i quy?t v?n ?? này b?ng cách tóm t?t s? phát tri?n c?a các ch?m l??ng t? (?ó là ?i?u mà Paul Alivisatos ?óng m?t vai trò quan tr?ng trong s? phát tri?n c?a các v?t li?u ch?m l??ng t?) trong các l?nh v?c khác nhau.

Nói chung, tinh th? nano d?ng keo là nh?ng m?nh v? c?a tinh th? có kích th??c 1-100 nm ? d?ng siêu vi trong dung d?ch. Do kích th??c v?t ly c?a nó và kích th??c t?i h?n c?a nhi?u ??c tính, t? l? nguyên t? b? m?t ?áng k?, nhi?u ??c tính c?a tinh th? nano d?ng keo cho th?y m?t hi?n t??ng ??c ?áo liên quan ??n kích th??c [3]. Theo truy?n th?ng, tinh th? nano keo ch? y?u ???c phan lo?i thành tinh th? nano keo kim lo?i quy và tinh th? nano keo bán d?n. Theo hi?u ?ng giam gi? l??ng t? c? ?i?n, khi bán kính hình h?c c?a tinh th? nano keo bán d?n nh? h?n bán kính Boole c?a v?t li?u kh?i, các m?c n?ng l??ng c?a vùng hóa(chǎn) tr? và vùng d?n s? xu?t hi?n ? d?ng phan b? r?i r?c. Nó ph?i liên quan ??n kích th??c. Do ?ó, các nghiên c?u c? ?i?n ?? g?i các tinh th? nano bán d?n có kích th??c bán kính nh? h?n ho?c g?n v?i bán kính Boer c?a exciton là các ch?m l??ng t?.

Hình 1 C?u trúc c?a các ch?m l??ng t? (b? m?t và l?i) [2]

Hình 2 Hình ?nh TEM c?a tinh th? nano ??n phan tán CdSe [4]

? giai ?o?n phát tri?n ban ??u c?a ch?m l??ng t?, nghiên c?u t?p trung vào l?nh v?c chalcogenides kim lo?i. N?m 1993, nhóm Bawendi c?a MIT [4] ?? tiêm các h?p ch?t c? kim vào dung m?i ? nhi?t ?? cao, và các h?p ch?t này ???c phan h?y b?ng nhi?t và t?o m?m trong dung d?ch ?? thu ???c chalcogenides kim lo?i nh? cadmium selenua (CdSe) có kh? n?ng phan tán t?t. Tinh th? nano. Các tinh th? nano bán d?n ch?t l??ng cao này có phan b? kích th??c ???ng kính trong kho?ng t? 1 nm ??n 12 nm, có c?u trúc tinh th? ??ng nh?t và th? hi?n các ??c ?i?m phát x? và h?p th? ánh sáng ph? thu?c vào kích th??c. ?ay là tác ph?m kinh ?i?n ban ??u c?a nghiên c?u có h? th?ng v? các ch?m l??ng t? trong quá trình phát tri?n nhanh chóng c?a nghiên c?u tinh th? nano bán d?n. Tuy nhiên, sau nhi?u th?p k? nghiên c?u phát tri?n, khái ni?m ch?m l??ng t? c?ng ?? ???c m? r?ng t? các tinh th? nano bán d?n ban ??u, và ngày nay, các v?t li?u nh? ch?m l??ng t? perovskite, ch?m l??ng t? carbon và ch?m l??ng t? v? c? kh?ng có cadmium ?? tr? thành ?i?m nóng nghiên c?u. Do ?ó, ?ng d?ng c?a các v?t li?u m?i n?i này c?ng s? ???c tham gia.

Hình 3 In phun QLED [7]

Ngay t? n?m 1994, P. Alivisatos et al. l?n ??u tiên k?t h?p các ch?m l??ng t? CdSe v?i các polyme bán d?n ?? s?n xu?t các ?i?t ?i?n phát quang lai h?u c?-v? c? m?i. B?ng cách phát tri?n các k? thu?t l?p ráp m?i, các nhà nghiên c?u ?? t?o ra các ch?m l??ng t? nhi?u l?p cho phép v?n chuy?n ?i?n tích. Các ?u ?i?m c?a ?i?t bán d?n v? c? s? l??ng l?n truy?n th?ng v? ?? ?n ??nh nhi?t, hóa(chǎn) h?c và c? h?c c?ng ???c gi? l?i [5]. Tuy nhiên, l?p h?u c? trong các thi?t b? này s? có ?? linh ??ng c?a h?t t?i ?i?n và ?? d?n tinh th? nano r?t th?p, tr?c ti?p kéo theo hi?u su?t c?a thi?t b? quang ?i?n. Vào kho?ng n?m 2006, SJ Rosenthal [6] và nh?ng ng??i khác ?? ?i?u ch? m?t tinh th? nano CdSe siêu nh? làm ch?t ph?t pho tr?ng. Các ch?m l??ng t? có kích th??c r?t ??ng ??u và di?n tích b? m?t c? th? l?n, ?i?u này làm t?ng ?áng k? xác su?t t??ng tác c?a các ?i?n t? và l? tr?ng trên b? m?t c?a các tinh th? nano, do ?ó s? d?ch chuy?n Stokes c?a các tinh th? nano có th? ??t t?i 40-50 nm và th? hi?n ph? r?ng phát x? trong vùng kh? ki?n. ??c ?i?m. Vi?c phát minh ra phosphor tr?ng m?i này ?? m? r?ng ?áng k? tri?n v?ng ?ng d?ng c?a ?i?t phát quang ch?m l??ng t? (QLED). Trong nh?ng n?m g?n ?ay, vi?c chu?n b? trong phòng thí nghi?m các thi?t b? nguyên m?u QLED ?? d?n tr??ng thành trong nghiên c?u thi?t k? và c? ch? [7], và vi?c thúc ??y s?n xu?t c?ng nghi?p m?ng pixel RGB di?n tích l?n c?ng tr? thành m?t ?i?m nóng nghiên c?u. Ngày nay, s? phát tri?n c?a c?ng ngh? in hoa v?n nh? in phun và in chuy?n ?? ??t n?n t?ng cho s? tr??ng thành c?a c?ng ngh? hi?n th? di?n tích l?n QLED, và ?? thúc ??y ?áng k? ?ng d?ng th??ng m?i c?a QLED.

Hình 4 Các ch?m carbon cho hình ?nh quang h?c in vivo [11]

Hu?nh quang là m?t c?ng c? có nhi?u ?ng d?ng trong l?nh v?c sinh h?c. So v?i thu?c nhu?m hu?nh quang truy?n th?ng, ch?m l??ng t? có các ??c ?i?m là ?? sáng phát x? cao, h? s? t?t mol l?n và ph? h?p th? r?ng, và có th? ???c s? d?ng thay th? cho thu?c nhu?m hu?nh quang ho?c protein hu?nh quang. P. Alivisatos và c?ng s?. [8] ?? s? d?ng ch?m l??ng t? ?? ghi nh?n nguyên bào s?i vào n?m 1998, ?i?u này ?? m? ra ?ng d?ng ch?m l??ng t? làm ??u dò hu?nh quang cho hình ?nh y sinh. Nhóm nghiên c?u c?a Nie Shuming c?ng ?? ?i tiên phong trong l?nh v?c hình ?nh. Nhóm nghiên c?u kh?ng ch? s? d?ng s? ghép n?i c?ng hóa(chǎn) tr? c?a các ch?m l??ng t? v? l?i k?m sulfua / cadmium selenua v?i các phan t? sinh h?c vào ??u n?m 1998 ?? ??t ???c kh? n?ng truy tìm kh?ng ??ng v? siêu nh?y [9], h? còn nh?n ra l?n ??u tiên trên ??ng v?t s?ng. Các nghiên c?u hình ?nh và nh?m m?c tiêu kh?i u [10] ?? phát tri?n các nghiên c?u ch?n ?oán b?nh ch?m l??ng t?. Các tinh th? nano v? c?, ??c bi?t là các tinh th? nano d?a trên cadmium, có th? gay ra các tác ??ng ??c h?i lên sinh v?t, vì v?y vi?c t?ng h?p các ch?m l??ng t? có kh? n?ng t??ng thích sinh h?c tuy?t v?i ?? là m?t ?i?m nóng nghiên c?u. Ví d?, nghiên c?u v? các ch?m l??ng t? d?a trên ??ng ho?c b?c t?ng h?p có th? làm gi?m ??c tính sinh h?c c?a v?t li?u m?t cách hi?u qu?. Ngoài ra, vi?c phát tri?n các ch?m l??ng t? kh?ng ch?a kim lo?i c?ng là m?t chi?n l??c quan tr?ng. Các ch?m carbon ???c t?ng h?p b?i Ya-Ping Sun et al. v?n gi? ???c c??ng ?? hu?nh quang ?áng k? sau khi tiêm vào chu?t [11]. Ngoài ??c tính, vi?c t?i ?u hóa(chǎn) vùng phát x? c?a các ch?m l??ng t? ?? phù h?p h?n v?i các c?a s? quang sinh h?c c?n h?ng ngo?i c?ng là m?t thách th?c ??i v?i các ?ng d?ng y t? tinh th? nano.

Hình 5 C? ch? t?o oxy Singlet c?a các ch?m l??ng t? graphene [13]

Li?u pháp quang ??ng hi?n ?? phát tri?n thành m?t ch??ng trình ?i?u tr? ung th? ???c FDA ch?p thu?n. Nói chung, các lo?i thu?c c?m quang ???c kích thích trong c? th? ?? t?o ra các lo?i oxy ph?n ?ng tiêu di?t các t? bào kh?i u. Tuy nhiên, ch?t c?m quang kém tan trong n??c và có xu h??ng m?t ho?t tính quang hóa(chǎn) do k?t t? trong c? th?. N?m 2003, nhóm Burda [12] l?n ??u tiên gi?i thích ti?m n?ng phát tri?n c?a ch?m l??ng t? CdSe nh? m?t ch?t c?m quang. Các ??c tính quang h?c c?a ch?m l??ng t? xác ??nh r?ng nó là m?t ch?t h?p th? photon m?nh m?, truy?n n?ng l??ng hi?u qu? và ch?c n?ng hóa(chǎn) b? m?t c?a nó giúp t?ng c??ng s? phan tán trong c? th?. ?? gi?i quy?t v?n ?? ??c tính, Wang Pengfei thu?c Vi?n V?t ly và Hóa(chǎn) h?c thu?c H?c vi?n Khoa h?c Trung Qu?c và nhóm nghiên c?u chung c?a Wenjun Zhang thu?c ??i h?c Thành ph? H?ng K?ng [13] ?? phát hi?n ra r?ng các ch?m l??ng t? graphene có th? t?o ra các h?t ??n. oxy và tác ??ng lên kh?i u s?ng ?? tiêu di?t kh?i u. Ngoài ra, nghiên c?u g?n ?ay ?? m? r?ng v?t li?u ch?m l??ng t? ?? ?ng d?ng li?u pháp quang nhi?t kh?i u và x? tr?.

Hình 6 ?u ?i?m ?ng d?ng c?a ch?m l??ng t? trong l?nh v?c quang h?p nhan t?o [14]

Theo hi?u ?ng gi?i h?n l??ng t?, ?? r?ng vùng c?m c?a các ch?m l??ng t? có th? ???c ?i?u ch?nh nhan t?o b?ng m?t ph??ng pháp thích h?p, do ?ó vùng phát x? h?p th? c?a các ch?m l??ng t? có th? bao ph? toàn b? d?i quang ph? ánh sáng nhìn th?y ???c so v?i các v?t li?u kh?i và phan t? t??ng ?ng. thu?c nhu?m. H?n n?a, hi?u ?ng t?o exciton và phan tách ?i?n tích c?a ch?m l??ng t? d? ki?m soát h?n nên vi?c ?ng d?ng ch?m l??ng t? trong l?nh v?c xúc tác c?ng là m?t v?n ?? h?t s?c quan tr?ng. Trong nh?ng n?m 1980, nghiên c?u v? vi?c bi?n ??i các ch?m l??ng t? thành platin ho?c ruthenium oxide [15] và các ch?t xúc ti?n khác có th? xúc tác quá trình th?y phan. K? t? ?ó, các nhà nghiên c?u ?? làm vi?c ?? xay d?ng quá trình quang h?p nhan t?o d?a trên ch?m l??ng t? và liên t?c t?i ?u hóa(chǎn) hi?u su?t c?a nó. N?m 2012, m?t b??c ??t phá quan tr?ng ?? ???c th?c hi?n trong vi?c s?n xu?t hydro quang xúc tác c?a h? th?ng xúc tác ch?m l??ng t?. Krauss và c?ng s?. [16] nh?n th?y r?ng sau khi các ch?m l??ng t? CdSe ???c ph? b?i axit lipoic, các ch?m l??ng t? d? dàng liên k?t v?i h? th?ng axit lipoic ion niken ?? t?o thành m?t h? xúc tác lai. D??i s? chi?u x? c?a ánh sáng nhìn th?y, h? th?ng này có th? duy trì s?n xu?t hydro ho?t ??ng trong ít nh?t 360 gi? (n?ng su?t l??ng t? lên ??n 36%), c?i thi?n ?áng k? tri?n v?ng ?ng d?ng c?a ch?t xúc tác phi kim lo?i quy. Cho ??n nay, sau nhi?u th?p k? phát tri?n c?a các h? th?ng quang h?p nhan t?o ?? b??c vào giai ?o?n khám phá s?n xu?t hàng lo?t và s? d?ng trên quy m? l?n, các ch?m l??ng t? ?? t?o ra l?i th? so v?i kim lo?i quy v? ngu?n thu nh?n và chi phí s?n xu?t, nh?ng s? phát tri?n c?a kh?ng ch?a cadimi m?i tr??ng Các ch?m l??ng t? ?áp ?ng ánh sáng có th? nhìn th?y và than thi?n (ch?ng h?n nh? các ch?m l??ng t? k?m selen) v?n là m?t thách th?c ??i v?i vi?c tri?n khai các h? th?ng chuy?n ??i n?ng l??ng m?i.

Hình 7 C?u trúc và tính ch?t c?a ch?m l??ng t? perovskite perovskite bismuth-chì halogen [17]

Cho ??n nay, các tinh th? nano sunfua kim lo?i là v?t li?u ch?m l??ng t? ???c phát tri?n t?t nh?t và có chi?u sau nh?t, và chúng có ph?m vi ?ng d?ng r?ng r?i nh?t. Trong 5 n?m qua, các ch?m l??ng t? v?i c?u trúc tinh th? c?a perovskite ?? tr? thành m?t ?i?m nóng nghiên c?u m?i n?i. Lo?i ch?m l??ng t? m?i này kh?ng còn là sunfua kim lo?i n?a. Thay vào ?ó, nó là m?t halogen kim lo?i. M?t halogen kim lo?i có c?u trúc perovskite th? hi?n các ??c tính ??c ?áo nh? tính siêu d?n và tính s?t ?i?n mà kh?ng có trong các ch?m l??ng t? th?ng th??ng. Các tinh th? nano perovskite lai h?u c?-v? c? s?m nh?t có nh??c ?i?m là c?c k? nh?y c?m v?i các y?u t? m?i tr??ng nh? oxy và ?? ?m, ?i?u này h?n ch? s? phát tri?n c?a v?t li?u này. G?n nh? cùng lúc ?ó, nhóm nghiên c?u c?a Kovalenko [17] ?? ?i tiên phong trong vi?c ?i?u ch? các ch?m l??ng t? perovskite bismuth-chì halogen hoàn toàn v? c? vào n?m 2014. Ch?m l??ng t? d?ng keo này có c?u trúc tinh th? perovskite l?p ph??ng, trong khi bán kính Bohr c?a exciton kh?ng v??t quá 12 nm và do ?ó th? hi?n các ??c tính quang ph? liên quan ??n kích th??c. V?t li?u m?i n?i này k?t h?p các ?u ?i?m c?a ch?m l??ng t? và v?t li?u perovskite ?? m? r?ng các ?ng d?ng ti?m n?ng c?a ch?m l??ng t?. Trong m?t ho?c hai n?m qua, ch?m l??ng t? perovskite kh?ng ch? ???c s? d?ng trong các t? bào quang ?i?n và thi?t b? hi?n th? quang ?i?n t?, mà còn ch?a ???c s?n xu?t. V?t li?u laser m?i [18] ??a ra các chi?n l??c m?i.

Ch?m l??ng t? là v?t li?u ??i di?n ?? gi?i thích "hi?u ?ng kích th??c" c?a cái g?i là v?t li?u nano. Chúng ?? ???c ?ng d?ng r?ng r?i h?n trong ngày càng nhi?u l?nh v?c, t? các thi?t b? quang ?i?n t? ??n xúc tác quang ??n phát hi?n sinh h?c, ?áp ?ng h?u h?t các nhu c?u hàng ngày c?a hi?n t?i và t??ng lai. Tuy nhiên, do h?n ch? v? kh?ng gian, nhi?u v?t li?u thành viên trong gia ?ình ch?m l??ng t? nh? ch?m l??ng t? silicon ?? kh?ng ???c ?? c?p ??n, và vi?c gi?i thi?u các ?ng d?ng v?t li?u v?n còn trong nghiên c?u ??i di?n. B?ng cách tóm t?t các m? hình nghiên c?u c? ?i?n này, ng??i ta hy v?ng r?ng s? phát tri?n c?a các ch?m l??ng t? có th? ???c tóm t?t ? m?t m?c ?? nào ?ó.

Ng??i gi?i thi?u

Chào m?ng b?n ??n v?i Nano Letters. Ch? cái Nano. 2001, 1, 1.

? R. Kagan, E. Lifshitz, EH Sargent, và c?ng s?. Xay d?ng thi?t b? t? các ch?m l??ng t? d?ng keo. Khoa h?c. 2016, 353 (6302), aac5523.

? Peng. M?t bài lu?n v? Hóa(chǎn) h?c t?ng h?p c?a các tinh th? nano keo. Nghiên c?u Nano. 2009, 2, 425-447.

? B. Murray, DJ Norris, MG Bawendi. T?ng h?p và ??c tính c?a tinh th? nano bán d?n g?n nh? ??n ??a CdE (E = S, Se, Te). M?t. Chèm. Soc. 1993, 115, 8706-8715.

? L. Colvin, MC Schlamp, AP Alivisatos. ?i?t phát quang ???c làm t? tinh th? nano cadmium selenua và m?t lo?i polyme bán d?n B?n ch?t. 1994, 370, 354-357.

? J. Bowers, JR McBride, SJ Rosenthal. Phát x? ánh sáng tr?ng t? tinh th? nano Cadmium Selenide có kích th??c ma thu?t. M?t. Chèm. Soc. 2006, 127, 15378-15379.

? Dai, Y. Deng, X. Peng, et al. ?i?t phát sáng ch?m l??ng t? cho màn hình di?n tích l?n: H??ng t?i bình minh th??ng m?i hóa(chǎn). Tài li?u nang cao, 2017, 29, 1607022.

? Bruchez, M. Moronne, P. Gin, et al. Tinh th? nano bán d?n làm Nh?n sinh h?c hu?nh quang. Khoa h?c 1998, 281, 2013-2016.

? CW Chan, S. Nie. Ch?m l??ng t? liên h?p sinh h?c ?? phát hi?n kh?ng liên quan siêu nh?y. Khoa h?c, 1998, 281, 2016-2018.

? Gao, Y. Cui, RM Levenson, et al. Xác ??nh m?c tiêu và hình ?nh ung th? in vivo v?i các ch?m l??ng t? bán d?n. Nat. C?ng ngh? sinh h?c., 2004, 22, 969-976.

? ST. Yang, L. Cao, PG Luo, et al. D?u ch?m carbon cho hình ?nh quang h?c trong Vivo. Là. Chèm. Soc. 2009, 131, 11308-11309.

? CS Samia, X. Chen, C. Burda. Ch?m l??ng t? bán d?n cho li?u pháp quang ??ng. M?t. Chèm. Soc., 2003, 125, 15736-15737.

? Ge, M. Lan, B. Zhou và c?ng s?. M?t tác nhan tr? li?u quang ??ng ch?m l??ng t? graphene v?i kh? n?ng t?o oxy ??n l? cao. Nat. Commun. 2014, 5, 4596.

? XB. Li, CH. Tung, LZ. Ng?. Các ch?m l??ng t? bán d?n cho quá trình quang h?p nhan t?o. Rev. Chem. 2018, 2, 160-173.

? Kalyanasundaram, E. Borgarello, D. Duonghong, et al. S? phan tách c?a n??c b?ng s? chi?u x? ánh sáng nhìn th?y ???c c?a dung d?ch keo CdS; ?c ch? ?n mòn quang b?i RuO2. Angew. Chèm. Int. Ed. N?m 1981, 20.

? Han, F. Qiu, R. Eisenberg, et al. Quá trình phát quang m?nh m? c?a H2 trong n??c b?ng tinh th? nano bán d?n và ch?t xúc tác niken. Khoa h?c 2012, 338, 1321-1324.

? Protesescu, S. Yakunin, MI Bodnarchuk, et al. Tinh th? nano c?a Perovskites chì Cesium (CsPbX3, X = Cl, Br, và I): V?t li?u quang ?i?n t? m?i l? cho th?y s? phát x? sáng v?i gam màu r?ng. Nano Lett. 2015, 15, 3692-3696.

? Wang, X. Li, J. Song, et al. T?t c? ‐ Ch?m l??ng t? Perovskite keo v? c?: M?t lo?i v?t li?u làm v? b?c m?i v?i các ??c tính thu?n l?i. Tài li?u nang cao, 2015, 27, 7101-7108.