نقاط کوانتومی کربنی

معرفی فناوری/ محصول

فناوری نانو و کاربرد گسترده ی آن موجی تازه در جهان علمی سراسر دنیا پدید آورده است. در این میان نقاط کوانتومی و استفاده­ی متنوع این مواد در بسیاری از فرآورده­های دانش­بنیان و نوین تکنولوژی نظیر بردهای دیجیتالی، مدارهای نوری، مولدهای خورشیدی، نشانگرهای بیولوژیکی بخشی از تلاش­های متخصصان برای افزایش کارایی محصولات با استفاده از این ابزارک­های جدید هستند. نانو ذرات کربن فلوئورسنت یا کربن کوانتوم دات ها (نقاط کوانتومی کربن )  که یکی دیگر از اعضای نوظهور خانواده کربن هستند که به عنوان رقیب  بالقوه برای کوانتوم دات های نیمه رسانای رایج تلقی می­شود.  درواقع حوزه این دسته از نانوساختارها در ابتدا، بر مبنای مواد فلورسانس کننده نظیر سرب، کادمیم، طلا، نقره و سیلیکون پایه­گذاری شده بود. با این وجود چالش­های نظیر سمیت بالا، مشکلات زیست محیطی و از طرفی پروتکل­های سنتزی با هزینه­های گزاف و دستگاهوری پیچیده ، همواره توسعه­ی کاربرد آن­ها را با محدودیت­های جدی مواجه می­نمود.

بر همین اساس، پس از معرفی نانوساختارهای نقاط کوانتومی کربن و کشف خصوصیات شگفت­انگیز آن­ها، دورنمای بهره­گیری از این نانوساختارها در حوزه­های مختلف علوم، حتی به عنوان جایگزین­های ایده­آل برای نقاط کوانتومی فلزی، در سطح وسیع را روشن نموده است. گواه این ادعا،  گزارش­های متعددی است که بر پایه­ی کارایی و کاربرد نانونقاط کوانتومی کربنی در حوزه­های مختلف به صورت روزانه انتشار می­یابد.  این دسته از نانومواد  که با اجرای یک سنتز هدفمند، منجر به تهیه ذراتی با ابعادی  (در هر سه بعد) کمتر از ۱۰ نانومتر می­شود، به شدت خاصیت فلورسانسی دارند . مطالعات کریستالوگرافی بعدی نشان میدهد که این دسته از نانومواد اشکال محدودی در فرم­های کروی، شبه کروی ویا نانو کریستال های بی نظم داشته­اند که بسته به روش سنتز، در ساختار خود مقادیری حدود ۵ تا ۵۰% (وزنی)  اکسیژن دارند. همچنین مطالعات طیف­سنجی مادون قرمز موید آن بوده که به جز در مواردی محدود،که اکسیژن به صورت نقص­های بلوری در ساختار نانونقاط کوانتومی قرار گرفته است، در بیشتر موارد در قالب گروه­های هیدروکسیل و کربوکسیل با فراوانی بالایی سطح ساختارهای کربنی را پوشانده­اند. همین گروه­های عاملی سطحی بر روی سطوح نقاط کوانتومی کربن سبب بروز خصوصیات­های فیزیکوشیمیایی مطلوب نظیر حلالیت عالی در محیط آبی، تشکیل کلویید­های پایدار در حلال­های قطبی، واکنش پذیر شیمیایی مناسب برای عاملدار کردن بیشتر و رویینگی سطوح مواد ارگانیک مختلف نظیر انواع پلیمرهای آلی، معدنی و بیولوژیکی شده است. بنا بر همین خصوصیت دستکاری در سطح اتمی  با وارد کردن سایر گروه­های عاملی (دوپه کردن) نظیر نیتروژن، گوگرد و فسفر  توسعه کاربردهای این دسته از نانوساختارها را به همراه داشته است. ذکر این نکته نیز حایز اهمیت است که  هر کدام از گروه­های دوپه شده، رویینگی ها در سطوح مختلف، خصوصیت­های متنوع طیفی (خواص فلوئورسانی نقاط کوانتومی کربن) و فیزیکی را در دسترس پژوهشگران قرار می­دهد.

یکی دیگر از ویژگی­های این ساختارهای نوظهور در مقایسه با نقاط کوانتومی نیمه­رسانا (متشکل از فلزات سنگین) و رنگ­دانه­های آلی،  عدم سمیت/سمیت به مراتب پایین تر آن­ها می­باشد که کاربرد متنوع نانونقاط کربنی در حوزه­های پزشکی، آرایشی و بهداشتی و صنایع غذایی را توجیه می­کند.

• سنتز سبز نقاط کوانتومی کربن و منابع مورد استفاده

با توجه به اینکه روش های مختلف برای سنتز نقاط کوانتومی کربن بکاربرده می­شود، محصولات ارائه شده توسط این گروه تحقیقاتی مبتنی بر سنتز هیدروترمال/سولوترمال منابع کربنی می­باشد. در تمامی محصولات تولیدی این مجموعه بکارگیری اصول شیمی سبز مدنظر بوده و در اولویت قردارد. این مجموعه توانسته است در مدت فعالیت خود در زمینه سنتز نانونقاط کوانتومی و توسعه کاربردهای آن در علوم کاربردی مختلف ، انواع محصولات دوپه شده نقاط کوانتومی، اعم از N-CDs، S-CDs، P-CDs، B-CDs و محصولات دوپه­شده دوتایی را تولید نماید.

با توجه به مشخصه­یابی­های انجام شده، تا کنون سنتز نقاط کوانتومی از برخی از ترکیبات شیمیایی خالص و برخی از منابع سبز مورد تایید قرار گرفته است. لازم به توضیح می­باشد که کاربردهای آزمایشگاهی و صنعتی محصولات تولید شده در برخی از آزمایش­گاه­های تحقیقاتی داخلی و خارجی در دست بررسی می­باشد.

تصاویر میکروسکوپ الکترونی نانونقاط کوانتومی کربن سنتز شده بر پایه استفاده از منابع سبز  (کریستالی و آمورف)

مزیت رقابتی محصول

• بسیار ارزان­تر نسبت به نمونه‌های مشابه خارجی
• قابلیت تهیه نمونه­های اصلاح شده متناسب با نیاز مشتری
• دسترسی به محصول در حداقل زمان ممکن
• تایید شده با استفاده از انواع روش­های مشخصه­یابی

کاربردهای نقاط کوانتومی کربن

• سنجش شیمیایی
• تصویربرداری، نشان­دار کردن و پایش میکروبی
• به عنوان عوامل ضد میکروبی قوی
• ممانعت از تابش فرابنفش
• کاربرد در فنآوری ضد جعل

تیم طراحی و توسعه محصول

• مهران مرادی (تخصص: کنترل و بهداشت مواد غذایی)

• رحیم مولایی (تخصص: شیمی تجزیه- سنتز نانوساختارها)