Nano-Barcodes

Was es ist und wie es funktioniert

Die Nanotechnologie ermöglicht es der Technologie, nanoskalige Geräte und neue Materialien durch den Umgang mit Nanomaterialien herzustellen. Nanomaterialien spielen gegenwärtig sowohl in wissenschaftlichen als auch in kommerziellen Anwendungen eine wichtige Rolle.

Bildquelle: Pixabay

Nationale Nanotechnologie-Initiative (NNI) Definition der Nanotechnologie:

„Nanotechnologie ist das Verständnis und die Kontrolle von Materie in Dimensionen von etwa 1 bis 100 Nanometern, wo einzigartige Phänomene neuartige Anwendungen ermöglichen.“

Barcodes gelten als lesbare Tags. Barcode-basierte Anwendungen sind in vielen Branchen zu finden und spielen im täglichen Leben eine wichtige Rolle. Herkömmliche Barcodes werden mit parallelen Linien unterschiedlicher Breite und mit Zwischenräumen zwischen den Linien erstellt.

Bildquelle: Pixabay

Heutzutage werden die Barcodes eines Tages in einer Vielzahl von Anwendungen mit viel kleineren Maßstäben in Mikron- und Nanogröße verwendet. Als die Größe der Mikro-Barcodes für einige Anwendungen wie das Abbilden und Markieren von Zellen und Biomolekülen zu einem erheblichen einschränkenden Faktor wurde, wurden Nano-Barcodes (NBs) hergestellt.

Nano-Barcodes (NBs) sind Strukturen in Nanogröße, die mit verschiedenen Kodierungselementen mit unterschiedlichen Eigenschaften kodiert werden, einschließlich unterschiedlicher Größen, Formen, Farben und anderer Eigenschaften.

Unterschiedliche strichcodierte Nanostrukturen unterschiedlicher Geometrien [1]

NBs wurden aufgrund ihrer Vorteile in Bezug auf die nanoskalige Dimension für verschiedene Anwendungen verwendet. Welche sind;

· Großes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen.

· Einzigartige physikalische und optische Eigenschaften.

· Weit verbreitete Vorbereitungstechniken.

Drei Faktoren, die beim Entwurf von NBs berücksichtigt werden.

1) Codierungstechniken

2) Synthesestrategien

3) Decodiertechniken

Eigenschaften von Codierungselementen, die in Codierungstechniken verwendet werden.

  • Optische Eigenschaften
  • Grafische Eigenschaften
  • Magnetische Eigenschaften
  • Phasenwechseleigenschaften
  • Verschiedene Formen und Größen

Codierungstechniken

Es gibt verschiedene Codierungstechniken, mit denen NBs unter Verwendung unterschiedlicher Eigenschaften von Codierungselementen vorbereitet werden.

1. Optische Codierung

Optische Eigenschaften der Kodierelemente werden genutzt. Sowie,

· Fluoreszenzspektren

· Lebenszeit

· Lichtstreuungseigenschaften

Organische Farbstoffe, Quantenpunkte, Kohlenstoffpunkte und Lanthanoid-dotierte Nanokristalle sind die am häufigsten verwendeten Kodierungselemente.

Dekodiertechniken - Fluoreszenzmikroskopie, Reflexionsspektroskopie, Raman-Spektralphotometer.

2. Grafische Kodierung

Verwenden Sie optische Muster als Codierungselement. Diese Grafik kann in Form eines eindeutigen Musters vorliegen, das während der Synthese oder der Anordnung von Nanopartikeln (NPs) nach deren Synthese erzeugt wird.

Bilder der optischen Reflektivität von Nanodrähten, die mit Cu- und Au-Streifen bei 430 nm- und 600 nm-Beleuchtung codiert sind [1]

Dekodiertechniken - Fluoreszenzmikroskopie, Optische Mikroskopie.

3. Sequenzcodierung

DNA und Peptide werden als kodierende Elemente verwendet.

DNA-Sequenz-basierte Bio-Barcodes [1]

Dekodiertechniken - DNA-Sequenzer, Massenspektralphotometrie.

4. Morphologische Kodierung

Beruht auf den physikalischen Eigenschaften der Partikel wie Größe, Form. Diese Technik kann jedoch im Vergleich zu den anderen Strichcodiertechniken nicht viele verschiedene und eindeutige Strichcodes erzeugen.

Dekodiertechniken - Elektronenmikroskopie, Rasterkraftmikroskopie

5. Magnetische Kodierung

Beruht auf den magnetischen Eigenschaften von NPs wie dem magnetischen Dipolmoment. Eine begrenzte Anzahl von Barcodes kann aufgrund ihrer geringen Empfindlichkeit gegenüber den Dekodierungsinstrumenten erzeugt werden.

Dekodiertechniken - Vibrationsprobenmagnetometer.

6. Phasenänderungsbasierte Codierung

Aufgrund des Temperaturbereichs die Eigenschaft des Phasenwechsels von Fest zu Flüssig von NPs verwenden. Im Vergleich zu anderen Barcodes sind diese unter extremen Bedingungen stabil.

Dekodiertechniken - Differential Scanning Calorimetry (DSC), Infrarotkamera.

Es wurde auch eine Kombination dieser verschiedenen Codierungsmethoden untersucht, die die Vorteile verschiedener Codierungstechniken nutzt und die Anzahl der Barcodes erhöht.

Strategien zur Vorbereitung von Nano-Barcodes

Einbetten

Kodierungselemente sind in die Kodierungsträger eingebettet.

Einbetten in vorgeformte Codierungsträger durch Quellen [1]

Oberflächendekoration

Codierelemente sind auf der Oberfläche von Codierelementen abgelagert.

Oberflächendekoration auf vorgeformtem Kodierträger [1]

Anwendungen

Aufgrund ihrer nanoskaligen Größe wurden verschiedene Arten von NBs für verschiedene Arten von Anwendungen verwendet.

Nachweis von Biomolekülen

Zielgerichtete DNA-Moleküle wurden manuell auf eine Nylonmembran geblottet. Nach der Vorhybridisierung und Blockierung wurde eine Bibliothek von Nano-Barcode-Gemischen auf die Membran geladen. Dann hybridisiert ssDNA aufgrund der Bindung komplementärer Stränge mit der DNA auf der Membran. Schließlich wurden gezielte DNA-Moleküle unter Verwendung eines Fluoreszenzlesegeräts, Scanners oder Mikroskops nachgewiesen.

DNA-Blotting-Assay mit Nano-Barcodes [1]

Sicherheit

Hilfe bei der forensischen Untersuchung, um die Täter zu identifizieren, die bei kriminellen Aktivitäten mit den Objekten in Kontakt kommen. Beispielsweise Fluorophor kombiniert mit einzigartigen Peptidcodes zur Überwachung der kriminellen Aktivität.

Peptidkodierungsreagenz, das bei physischem Kontakt erfolgreich übertragen wurde. Links: vor der Visualisierung Rechts: Fluoreszenzemission bei Anregung [1]

Fälschungssicherheit

Die Sicherheitsbedrohung für Produkte von privatem, öffentlichem und industriellem Interesse hinsichtlich Fälschung und Fälschung von Banknoten, Personalausweisen und pharmazeutischen Produkten ist ein globales Problem.

Verwendung organischer fester NPs zur Authentifizierung von Arzneimitteln in flüssiger Form. Dort werden phasenwechselbasierte NPs eingesetzt.

Thermischer Strichcode zur Bekämpfung von Arzneimittelfälschungen durch Mischen mit Arzneimittelpulver [1]

Abschließende Gedanken

NBs waren aufgrund ihrer nanoskaligen Dimension für Barcode-basierte Anwendungen sehr gefragt. Die Vielseitigkeit von NBs wurde durch ihre robusten Anwendungen für Multiplex-Biotests und ihre herausragenden Eigenschaften für Bildgebungs- und Sicherheitsanwendungen im Vergleich zu Barcodes im Mikrometerbereich und darüber hinaus unter Beweis gestellt. Daher ist es wichtig, die Art der Codierungstechnik, die Synthesemethoden und den Decodierungsmechanismus zum Entwerfen des Barcodes für die gewünschten Anwendungen zu berücksichtigen.

Ich hoffe, Sie haben eine grundlegende Vorstellung von Nano-Barcodes.

Da ich in diesem Bereich noch ein bisschen frischer bin, würde ich gerne Ihren Rat hören.

Danke fürs Lesen…!

Referenz

[1] Shikha, S .; Salafi, T .; Cheng, J .; Zhang, Y. Vielseitiges Design und Synthese von Nano-Barcodes. Chem. Soc. Rev.