HORIBA科学からの蛍光インスツルメンツのナノフォトニクスの応用

トピックがカバー

背景
 SWNTのフォトルミネッセンスとNanoLog ®
量子ドットのフォトルミネッセンス
 有機ELの光ルミネセンス分析
 ペックス®量子ドットや有機ELのための楽器
 結論

背景

この記事はからの蛍光の楽器のいくつかのアプリケーションについて説明しますHORIBA科学など、singlewalledカーボンナノチューブ（SWNT）は、量子ドット、有機発光ダイオード（OLED）、ナノフォトニクスに。

量子閉じ込めは、ナノ材料"フォトルミネッセンスに影響を与えます：半導体ナノ粒子は、バルク材料のボーア-励起子の半径より小さいとき、バンドギャップエネルギーは、ナノ粒子のサイズに反比例します。小さいナノ粒子は、通常、同じ材料のより大きな粒子よりも高いエネルギー吸収と発光特性を持っている。

SWNTのフォトルミネッセンスとNanoLog ®

図。 1スケッチSWNTフォトルミネッセンスを半導体のプロセスを。個々のSWNTの種の減少吸収と放出エネルギーはラマン分光法からのラジアルブリージングモードの解析から、直径と直接相関する。単層カーボンナノチューブを半導体の特定の（n、m）の値は、価電子帯と伝導率のバンド間の予測されたバンドギャップと一致している。（金属及び半金属性SWNTの連続と価電子と伝導バンドはほとんど、あるいはまったくフォトルミネッセンスを示す。）

NANOLOG ®は、（二重格子励起モノクロ、選択可能な格子のタレットとイメージング、発光分光器、および液体N ₂冷却InGaAsアレイ検出器、マルチチャンネル）SWNTの研究または直角またはフロント内の任意の固体試料のための最適な励起光学系を持っています面ミラー構成を。発光分光分析装置、近赤外スペクトルの迅速、簡単に取得するためのタレットマウントに選択可能な格子を持っています。一方の格子は、800から1700 nmの敏感な検出器で> 500nmの単発記事を書いている。

図1フォトルミネッセンスの吸収と放出、SWNTの半導体。伝導帯は赤で、価電子帯は青色です。電子は黄色であり、穴は白丸です。小さな黒い矢印が放射または非放射性E - Sの遷移または別のバンドのレベルの間に穴があります。 VXとCXは、特定の原子価またはコンダクタンスのバンドです。

補正された発光スペクトルは、励起波長の範囲のEEMsを提供し、買収はほんの数分かかります。 0から14 nmからの励起バンドパス範囲、分光器のスリットは1200溝/ MM回折格子と0〜16ミリメートルとは異なる。オーダーソーティングフィルタは、分光器に入るから可視光を防ぎます。

EEMsは私達の排他的NANOSIZER ® SWNT合成（図2C）を決定するためにソフトウェアによって（図2AおよびB）コンパイルされます。ダブルコンボリューションアルゴリズム（米国特許出願中）NANOSIZER ®には、同時に励起および発光波長を計算し、各種のラインの形状を調整し、関心領域内のすべてのスペクトルバンドからの拠出金が発見されています。 EEMデータ（図2、実線）と、異なるサイズやらせん状の分布によって区別異なる製造プロセスの2つSWNT懸濁液からのシミュレーション（コンターマップ）が与えられている：高圧炭素 - 一酸化炭素の方法を（HiPCO、図2A）;コバルト - モリブデン触媒法（CoMoCAT、2B）。図。図、図2（a）は、5つの主要なHiPCOの種を識別します。図2Bは、4つの主要なCoMoCATの種が識別。図。 2C、図に見られる種のらせんマップ。図2AおよびB、プロット発光強度（記号の大きさ）に対するねじれ角に対するSWNTの直径。 HiPCO管がCoMoCATより大きい平均直径を持っていることに注意してください。シミュレーションは、数分でIBM互換PC上でSWNT合成の正確な分析を与える。

図2。量子励起発光を使用してHiPCOと共同MoCATのSWNTの懸濁液（AとB）とヘリカル（C）マップ、 NANOLOG ®を。実線は、（AおよびB）のデータであり、カラーコンターはシミュレーションです。シンボルのサイズは（C）1〜それぞれの正規化、HiPCO（丸）とCoMOCAT（正方形）の相対振幅を示す。シミュレーションのためのR ²値は0.997（HiPCO）と0.999（CoMoCAT）です。

量子ドットのフォトルミネッセンス

量子ドットの吸収帯は、広いスペクトルの特徴とその発光バンドの正確な同調性を持っている。より高いエネルギーでは増加し、多くのオーバーラップのバンドから彼らの吸収スペクトルの茎。それぞれの吸収帯は、離散的電子 - 正孔（励起子）のエネルギーレベル間のエネルギー遷移に対応し、小さなドットは短い波長の最初の励起子のピークを与える。

電子は伝導帯端から価電子帯に横切ったときの光子が放出される。光子エネルギーは、バルク材料のボーア-励起子の半径と量子ドットの大きさ（図3）によって決定される、バンドギャップに比例する。

図3。量子ドットの量子閉じ込め。価とコンダクタンスのバンドはそれぞれ、青と赤です。とB点の組成は同一であり、唯一のバルク半径は固定ボーア-励起子の半径に比例異なります。

標準有機フルオロフォアに比べて量子ドット"の利点は、以下のとおりです。単一のソースは、測定された発光から励起光の選択的排除を与えて、広い範囲にわたって放射する複数のドットを励起することができます。量子ドットは高い蛍光と強力な二光子吸収の収量を持っているので、より良い画像の解像度のため、1000倍明るくなります。それらの調整可能なバンドギャップは、このような白色光LEDや他のディスプレイなどのアプリケーションを提供しています。

ほとんどの量子ドットは、毒性元素（例えば、鉛、カドミウム、セレン、及びTe）で作られています。それらの光ルミネセンスは、生物学的相互作用に敏感である可能性があるので、量子ドットのほとんどの生物学的なアプリケーションは、非毒性のドットを描画するだけでなく、分子プローブにドットをコンジュゲートを支援する、コーティングを（通常はトリブロック共重合体）が必要、と生体分子のエージェントからドットを保護。これらのドットの抗体複合体のイメージングは、癌の診断と治療に有用である。近赤外光は可視光よりも深い組織を貫通するための近赤外量子ドットは、組織イメージング深い助けることができる。量子ドットは"励起状態の寿命（2〜10 nsのは）時間分解蛍光の楽器のための彼らの価値を増加させる。多くの接合の選択肢とドットの励起状態の性質は、蛍光共鳴エネルギー移動に基づいて、バイオセンサー、それらが有用です。