Kemičari s MIT-a dizajnirali spektrometar koristeći kvantne točke

Spektrometri su uređaji koji se vrlo često koriste u kemijskim, fizikalnim ili biološkim istraživanjima te zbog svoje veličine nisu lako prenosivi. Tome su na kraj stali stručnjaci s MIT-a koji su pokazali da mogu dizajnirati spektrometre toliko male da mogu stati u mobilne uređaje koristeći kvantne točke. Prije samog nastavka o “malim spektrometrima” bitno je napomenuti što su to kvantne točke.

Što su to kvantne točke?

Kvantne točke (eng. quantum dots, QD) ili nanokristali su poluvodiči koji su dovoljno mali da pokazuju kvantno-mehanička svojstva, a otkriveni su ranih 1980-tih. Najčešće su napravljeni od metala olova, kadmija (kojeg vidimo na slici) u kombinaciji sa sumporom, selenom ili arsenom. Ovisno o njihovoj veličini, udjelu početnih materijala te temperaturi kvantne točke emitiraju svjetlost različitih boja. Primjerice, pobuđeni UV svjetlom pokazuju intenzivnu fluorescenciju. S obzirom na svrhu, moguće ih je obložiti polimernom ovojnicom, funkcionalizirati određenim ligandima te na njih vezati ljekovite supstance što ima veliku ulogu u biomedicini, a moguće ih je koristiti i za ciljano dostavljanje lijekova.

Kadmijev sulfid na stanici (Izvor: Wikipedia)

Kadmijev sulfid na stanici (Izvor: Wikipedia)

Budući spektrometri

Takvi spektrometri bi se upravo mogli koristiti za dijagnozu raznih bolesti, pogotovo kožnih oboljenja ili za otkrivanje okolišnih zagađivača, sastojaka hrane kao što kaže vodeći istraživač Jie Bao u radu koji je objavljen u časopisu Nature. Rad tematizira novu vrstu spektrometra, uređaja za mjerenje intenziteta komponente elektromagnetskog zračenja određene valne duljine.

Novi spektrometar sadrži tanku mrežu koja se sastoji od 195 odjeljaka s tintama različitih boja i implementira se iznad CCD senzora. Kad svjetlost pogodi neki od 195 odjeljaka i putuje njime, senzor bilježi promjene. Posebni algoritam potom prikuplja podatke iz svih odjeljaka te računa intenzitet i valnu duljinu izvorne zrake svjetlosti. Ovaj spektrogram može poslužiti u različite svrhe. Osim male veličine, prednost je i mala cijena potrošnog materijala za razliku od većih laboratorijskih spektrometara.

Spektrometar i kvantne točke (Izvor: MIT, Mary O’Reilly)

Spektrometar i kvantne točke (Izvor: MIT, Mary O’Reilly)

Rani spektrometri, još u vremenu Newtona, su se sastojali od jednostavnog procesa – običnih prizmi koje su razdvajale svjetlo u odgovarajuće valne duljine dok današnji modeli koriste niz optičke opreme, primjerice difrakcijske rešetke da postignu sličan efekt. Ovakvi uređaji imaju veliku primjenu kao što su proučavanje atomskih procesa i energijskih razina u fizici, određivanje sastava nepoznatog uzorka i molekulske strukture te analiziranje bioloških tkiva i dijagnostika.

Zamjenom velikih optičkih instrumenata s kvantnim točkama dozvolila je MIT stručnjacima smanjivanje na male i zavidne razine. Iduća fotografija pokazuje spektrometar unutar mobilnog uređaja – veličine kovanice od 2 kune.

Spektrometar u kameri mobilnog uređaja veličine kovanice od 2 kune (Izvor: Popular Science)

Spektrometar u kameri mobilnog uređaja veličine kovanice od 2 kune (Izvor: Popular Science)

 

 

Možda će vas zanimati...

Komentirajte