Công nghệ cảm biến hình ảnh chấm lượng tử

Thuận lợi:

1. Độ nhạy cao: Có thể phát hiện hiện tượng dập tắt huỳnh quang, FRET và thay đổi tính chất điện với độ chính xác cao, có thể phát hiện các phân tử sinh học ở cấp độ picomolar hoặc thậm chí femtomolar, hỗ trợ chẩn đoán sớm bệnh tật và phát hiện chất đánh dấu.

2. Phạm vi phát hiện động rộng: Tính chất phát quang dễ điều chỉnh và phản ứng tuyến tính với các nồng độ khác nhau của các chất mục tiêu, có thể xác định chính xác hàm lượng trên một phạm vi nồng độ rộng, đáp ứng nhu cầu phát hiện các nồng độ khác nhau như chất gây ô nhiễm môi trường.

3. Độ ổn định và khả năng tái tạo tốt: Có độ ổn định hóa học và quang học tốt, ít bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường, có quy trình chế biến có thể kiểm soát được, hiệu suất giữa các lô tương tự nhau và độ tin cậy cao.

4. Chức năng hóa và tích hợp thuận tiện: Bề mặt dễ sửa đổi, có thể nhận dạng cụ thể các chất mục tiêu và có thể tích hợp với nhiều loại vật liệu và thiết bị khác nhau thành hệ thống cảm biến nhỏ, đa chức năng, thuận tiện cho việc phát hiện tại chỗ nhanh chóng và phân tích thông lượng cao.

Nhược điểm:

1. So sánh chi phí và tính nhất quán về chất lượng: Công nghệ chế tạo phức tạp và tốn kém, hạn chế các ứng dụng quy mô lớn; có sự khác biệt về kích thước và hiệu suất của các chấm lượng tử ở các nơi khác nhau, ảnh hưởng đến tính ổn định và độ tin cậy của hiệu suất cảm biến, cần tối ưu hóa quy trình và cải thiện kiểm soát chất lượng.

2. Tính an toàn sinh học còn đang nghi vấn: vật liệu nano, độc tính sinh học và tác động môi trường của nó chưa được nghiên cứu đầy đủ và nó có thể can thiệp vào các quá trình sinh lý trong cơ thể sống, do đó cần đánh giá tính an toàn trong quá trình ứng dụng.

3. Thách thức trong tích hợp công nghệ: Có những vấn đề về khả năng tương thích khi tích hợp với các công nghệ khác, chẳng hạn như khi tích hợp với các thiết bị và hệ thống hiện có, có vấn đề về khớp nối, truyền dữ liệu và phối hợp xử lý và cần phải phát triển các giao diện và công nghệ tích hợp tương thích.

Tối ưu hóa hiệu suất:

1. Cải thiện độ nhạy và độ chọn lọc: Thiết kế cấu trúc chấm lượng tử hiệu quả, tối ưu hóa các chiến lược sửa đổi bề mặt, tăng cường tính đặc hiệu của tương tác với các chất mục tiêu, phát triển vật liệu tổng hợp mới và đạt được khả năng phát hiện đồng thời độ nhạy cao nhiều chất mục tiêu trong các mẫu phức tạp.

2. Mở rộng phạm vi phát hiện: Khám phá ứng dụng trong việc phát hiện các chất ô nhiễm, các dấu hiệu sinh học hiếm và các lĩnh vực khác, đồng thời mở rộng phạm vi phát hiện từ các thông số phổ biến đến các chỉ số sinh học và môi trường phức tạp.

Mở rộng ứng dụng:

1. Ứng dụng sâu trong y sinh học: Chẩn đoán bệnh đang phát triển theo hướng cảnh báo sớm, chẩn đoán chính xác và điều trị cá nhân hóa, kết hợp với trí tuệ nhân tạo và dữ liệu lớn để đạt được sàng lọc, phân loại và đánh giá tiên lượng bệnh; trong phát triển thuốc, theo dõi thời gian thực quá trình chuyển hóa thuốc trong cơ thể sống và tối ưu hóa thiết kế và quản lý.

2. Internet vạn vật và cảm biến thông minh: Được sử dụng rộng rãi trong nhà thông minh, thành phố thông minh và các lĩnh vực khác, giám sát thời gian thực các thông số môi trường, trạng thái thiết bị, điều khiển thông minh, chẳng hạn như giám sát môi trường trong nhà trong các tòa nhà thông minh và tự động điều chỉnh hệ thống.

Tích hợp với nan: Phát triển các cấu trúc mới như nanodây chấm lượng tử, nanomảng, v.v. và sử dụng công nghệ nano để lắp ráp và tích hợp chính xác, đồng thời xây dựng các hệ thống cảm biến nano hiệu suất cao.

Tích hợp với trí tuệ nhân tạo: Sử dụng thuật toán trí tuệ nhân tạo để phân tích sâu cảm biến dữ liệu, đạt được khả năng giải thích thông minh về kết quả phát hiện, chẩn đoán lỗi và tối ưu hóa thiết kế cảm biến cũng như quy trình phát hiện thông qua máy học, đồng thời cải thiện trí thông minh và hiệu quả phát hiện.