ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНТНОГО ПОКРЫТИЯ НА ОСНОВЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ КВАНТОВЫХ ТОЧЕК В ПОЛОЙ СЕРДЦЕВИНЕ МИКРОСТРУКТУРИРОВАННОГО СТЕКЛА
Аннотация
Микроструктурированные стекла (МС) являются перспективным инструментом для совершенствования биосенсоров, оптического зондирования, проведения биомедицинских исследований и клинической визуализации. В данной статье реализованы подходы к модификации внутренней поверхности (ВП) микроструктурированного стекла с полой сердцевиной (МС-ПС) полимерными и фотолюминесцентными материалами по технологии послойного нанесения, которая позволяет не только варьировать толщину и заряд слоев, но и управляемо вносить в слои функциональные структуры, в частности наночастицы. Исследовано послойное нанесение на ВП МС-ПС катионного полиэлектролита полидиаллилдиметиламмоний хлорида (ПДДА), и отрицательно заряженных люминесцентных наночастиц - безкадмиевых полупроводниковых квантовых точек (КТ) AgInS2/ZnS, люминесцирующих красным (625 нм), оранжевым (606 нм), желтым (570 нм) и зеленым (556 нм) цветом. КТ структуры ядро/оболочка AgInS2/ZnS получали методом “one-pot” водного синтеза и селективно разделяли методом последовательного осаждения на фракции по размеру и цвету люминесценции. Это обеспечило близость свойств КТ различного цвета свечения. Установлено, что с повышением числа бислоев ПДДА/КТ от 1 до 5 длинноволновый сдвиг спектра пропускания МС-ПС составляет: для слоев на основе красных КТ - 10 нм, оранжевых КТ - 11 нм, желтых 7 нм и зеленых 8 нм относительно спектра исходного немодифицированного МС-ПС. При включении КТ в состав фотолюминесцентного покрытия в МС-ПС регистрируется уменьшение длины волны максимума испускания КТ по сравнению с люминесценцией в растворе, при этом нанесение последующего слоя ПДДА приводит к ее увеличению.
Для цитирования:
Кочергин Т.П., Пономарева Т.С., Горячева И.Ю. Получение и свойства фотолюминесцентного покрытия на основе полупроводниковых квантовых точек в полой сердцевине микроструктурированного стекла. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2023. Т. 66. Вып. 2. С. 85-91. DOI: 10.6060/ivkkt.20236602.6615.
Литература
Knight J.C., Birks T.A., Russell P.S., Atkin D.M. All-silica single-mode optical fiber with photonic crystal cladding. Opt. Lett. 1996. N 21. P. 1547–1549. DOI: 10.1364/OL.21.001547.
Russell P.S. Photonic-Crystal Fibers. Lightwave Technol. 2006. N 24. P. 4729–4749. DOI: 10.1109/JLT.2006.885258.
Bielawny A., Upping J., Miclea P.T., Wehrspohn R.B., Rockstuhl C., Lederer F., Peters M., Steidl L., Zentel R., Lee S.M. 3D photonic crystal intermediate reflector for mi-cromorph thin-film tandem solar cell. Phys. Status Solidi. 2008. N 205. P. 2796–2810. DOI: 10.1002/pssa.200880455.
Wolfbeis O.S. Fiberoptic chemical sensors and biosensors. Anal. Chem. 2008. N 80. P. 4269–4283. DOI: 10.1021/ac060490z.
Bosch M.E., Sanchez A.J.R., Rojas F.S., Ojeda C.B. Recent development in optical fiber biosensors. Sensors. 2007. N 7. P. 797–859. DOI: 10.3390/s7060797.
Seise B., Csaki A., Schwuchow A., Fritzsche W., Weber K., Cialla D., Popp J. Microstructured optical fibre as bio-sensor for pathogen detection on DNA-level. Biomed. Tech. 2012. N 57. P. 339. DOI: 10.1515/bmt-2012-4136.
Helmchen F., Fee M.S., Tank D.W., Denk W. A miniature head-mounted two-photon microscope: High-resolution brain imaging in freely moving animals. Neuron. 2001. N 31. P. 903–912. DOI: 10.1016/S0896-6273(01)00421-4.
Flusberg B.A., Lung J.C., Cocker E.D., Anderson E.P., Schnitzer M.J. In vivo brain imaging using a portable 3.9 gram two-photon fluorescence microendoscope. Opt. Lett. 2005. N 30. P. 2272–2274. DOI: 10.1364/OL.30.002272.
Utzinger U., Richards-Kortum R.R. Fiber optic probes for biomedical optical spectroscopy. Biomed. Opt. 2003. N 8. P. 121–147. DOI: 10.1117/1.1528207.
Fu L., Gu M. Fibreoptic nonlinear optical microscopy and endoscopy. Microsc. 2007. N 226. P. 195–206. DOI: 10.1111/j.1365-2818.2007.01777.x.
Fu L., Jain A., Xie H., Cranfield C., Gu M. Nonlinear optical endoscopy based on a double-clad photonic crystal fiber and a MEMS mirror. Opt. Express. 2006. N 14. P. 1027–1032. DOI: 10.1364/OE.14.001027.
Flusberg B.A., Cocker E.D., Piyawattanametha W., Jung J.C., Cheung E.L.M., Schnitzer M.J. Fiberoptic fluores-cence imaging. Nat. Methods. 2005. N 2. P. 941–950. DOI: 10.1038/nmeth820.
Noskov R.E., Zanishevskaya A.A., Shuvalov A.A., German S.V., Inozemtseva, O.A., Kochergin T.P., Lazareva E.N., Tuchin V.V., Ginzburg P., Skibina J.S., Gorin D.A. Enabling magnetic resonance imaging of hollowcore micro-structured optical fibers via nanocomposite coating. Opt. Express. 2019. N 7. P. 27. DOI: 10.1364/OE.27.009868.
Bird D., Gu M. Two-photon fluorescence endoscopy with a microoptic scanning head. Opt. Lett. 2003. N 28. P. 1552–1554. DOI: 10.1364/OL.28.001552
Kasztelanic R., Filipkowski A., Anuszkiewicz A., Stafiej P., Stepniewski G., Pysz D., Krzyzak K., Stepien R., Klimczak M., Buczynski R. Integrating free-form nanostructured GRIN microlenses with single-mode fibers for opto-fluidic systems. Sci. Rep. 2018. N 8. P 5072. DOI: 10.1038/s41598-018-23464-6.
Engelbrecht C.J, Johnston R.S., Seibel E.J., Helmchen F. Ultra compact fiber optic two-photon microscope for functional fluorescence imaging in vivo. Opt. Express. 2008. V.16. N 8. P. 5556–5564. DOI: 10.1364/OE.16.005556.
Monfared A., Blevins N.H., Cheung E.L. M., Jung J.C., Popelka G., Schnitzer M.J. In vivo Imaging of mammalian cochlear blood flow using fluorescence microendoscopy. Otol. Neurotol. 2006. V. 27. N 2. P. 144–152. DOI: 10.1097/01.mao.0000190708.44067.b0.
Heng S., McDevitt C.A., Kostecki R., Morey J.R., Eijkelkamp B.A., Ebendorff-Heidepriem H., Monro T.M., Abell A.D. Microstructured optical fiber-based biosensors: reversible and nanoliter-scale measurement of zinc ions. ACS Appl. Mater. Interfaces. 2016. V. 8. N 20. P. 12727–12732. DOI: 10.1021/acsami.6b03565.
Euser T.G., Chen J.S. Y., Scharrer M., Russell P.S.J., Farrer N.J., Sadler P.J. Quantitative broadband chemical sensing in airsuspended solid-core fibers. Appl. Phys. 2008. V. 103. N 10. P. 103108. DOI: 10.1063/1.2924408.
Afshar S., Warren-Smith S.C., Monro T.M. Enhancement of fluorescence-based sensing using microstructured optical fibres. Opt. Express. 2007. V. 15. N 26. P. 17891–17901. DOI: 10.1364/OE.15.017891.
Pristinski D., Du H. Solid-core photonic crystal fiber as a Raman spectroscopy platform with a silica core as an internal reference. Opt. Lett. 2006. V. 31. N 22. P. 3246–3248. DOI: 10.1364/OL.31.003246.
Rindorf L., Jensen J.B., Dufva M., Pedersen L.H., Hoiby P.E., Bang O. Photonic crystal fiber long-period gratings for biochemical sensing. Opt. Express. 2006. V. 14. N 18. P. 8224–8231. DOI: 10.1364/OE.14.008224.
Rindorf L., Bang O. Highly sensitive refractometer with a photonic-crystal-fiber long-period grating. Opt. Lett. 2008. V. 33. N 6. P. 563–565. DOI: 10.1364/OL.33.000563.
Monzón-Hernández D., Minkovich V.P., Villatoro J., Kreuzer M.P., Badenes G. Photonic crystal fiber microtaper supporting two selective higher-order modes with high sensitivity to gas molecules. Appl. Phys. Lett. 2008. V. 93. N 8. P. 081106. DOI: 10.1063/1.2973641.
Hassani A., Skorobogatiy M. Design of the microstructured optical fiber-based surface plasmon resonance sensors with enhanced microfluidics. Opt. Express. 2006. V. 14. N 6. P. 11616–11621. DOI: 10.1364/OE.14.011616.
Gauvreau B., Hassani A., Fehri M.F., Kabashin A., Skorobogatiy M. Photonic bandgap fiber-based surface plasmon resonance sensors. Opt. Express. 2007. V. 15. N 18. P. 11413–11426. DOI: 10.1364/OE.15.011413.
Pidenko S.A., Burmistrova N.A., Shuvalov A.A., Chibrova A.A., Skibina Y.S., Goryacheva I.Y. Micro-structured optical fiber-based luminescent biosensing: Is there any light at the end of the tunnel. Anal. Chim. Acta. 2018. V. 1019. P. 14–24. DOI: 10.1016/j.aca.2017.12.010.
Granzow N., Uebel P., Schmidt M.A., Tverjanovich A.S., Wondraczek L., Russell P.S.J. Bandgap guidance in hybrid chalcogenide silica photonic crystal fibers. Opt. Lett. 2011. V. 36. N 13. P. 2432–2434. DOI: 10.1364/OL.36.002432.
Wu D.K.C., Kuhlmey B.T., Eggleton B.J. Ultrasensitive photonic crystal fiber refractive index sensor. Opt. Lett. 2009. V. 34. N 3. P. 322–324. DOI: 10.1364/OL.34.000322.
Zheltikov A.M. Colors of thin films, antiresonant phenomena in optical systems, and the limiting loss of modes in hollow optical waveguides. Phys. Uspekhi. 2008. V. 51. N 6. P. 591–600. DOI: 10.3367/UFNr.0178.200806d.0619.
Skibina J. S., Malinin A.V., Zanishevskaya A.A., Tuchin V.V. Photonic crystal waveguide sensing. Portable biosensing food toxicants environmental pollutants. CRC Press. 2013. P. 1–32. DOI: 10.1201/b15589-2.
Fu C.Y., Soh K.S., Ramaswamy B., Kumar A., Olivo M. Highly sensitive SERS detection of cancer proteins in low sample volume using hollow core photonic crystal fiber. Biosens. Bioelectron. 2012. V. 33. N 1. P. 293–298. DOI: 10.1016/j.bios.2011.12.056.
Yu Y., Li X., Hong X., Deng Y., Song K., Geng Y., Wei H., Tong W. Some features of the photonic crystal fiber temperature sensor with liquid ethanol filling. Opt. Express. 2010. V. 18. N 15. P. 15383–15388. DOI: 10.1364/OE.18.015383.
de Matos C.J.S., Cordeiro C.M.B., Dos Santos E.M., Ong J.S.K., Bozolan A., Cruz C.H.B. Liquid-core, liquid-cladding photonic crystal fibers. Opt. Express. 2007. V. 15. N 18. P. 11207–11212. DOI: 10.1364/OE.15.011207.
Cox F.M., Argyros A., Large M.C.J. Liquid-filled hollow core microstructured polymer optical fiber. Opt. Express. 2006. V. 14. N 9. P. 4135–4140. DOI: 10.1364/OE.14.004135.
Kochergin T.P., Skibina Y.S., Gorin D.A., Goryacheva I.Y. Polymer coating on the inner surface of a microstructured hollow core waveguides //Saratov Fall Meeting 2019: Optical and Nano-Technologies for Biology and Medicine. Internat. Soc. Opt. Photon. 2020. V. 11457. P. 114571D. DOI: 10.1117/12.2564631.
Raevskaya A., Lesnyak V., Haubold D., Dzhagan V., Stroyuk O., Gaponik N., Zahn D., Eychmüller A. A Fine Size Selection of Brightly Luminescent Water-Soluble Ag–In–S and Ag–In–S/ZnS Quantum Dots. J. Phys. Chem. C. 2017. V. 121. N 16. P. 9032–9042. DOI: 10.1021/acs.jpcc.7b00849.
Surov O.V., Voronova M.I., Rubleva N.V., Zakharov A.G., Afineevskii A.V. Synthesis and properties of nanocel-lulose-dye conjugates. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2021. V. 64. N 2. P. 10-18 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20216402.6207.
Kropacheva O.I., Kudimova D.V., Zherebtsov D.А. Deposition of silver particles on the solid surfaces with the participation of block copolymer of polystyrene and polyethylene glycol ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2022. V. 65. N 10. P. 70-76 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20226510.6620.
