量子点的制备及应用进展.docx

量子点的制备及应用进展 【摘 要】本文分别从量子点的概念、特性、制备方法、表面修饰等方面对量子点进行了描述及探讨，在此基础上，对量子点在生物传感器方面的应用进行了，最终分析了量子点生物传感器的存在的问题，对其将来发展趋势进行了展望。 【关键词】量子点；光学；生物传感器 量子点主要是由-族和-族元素组成的均一或核壳结构纳米颗粒，又称半导体纳米晶体。由于发生结构和性质发生宏观到微观的转变，其拥有独特的光、电、声、磁、催化效应，因此成为一类比较特别的纳米材料。国内外关于量子点传感器的探讨特别广泛，例如在生命科学领域，可以用于基于荧光共振能量转移原理的荧光探针检测，可以用于荧光成像，生物芯片等；在半导体器件领域，量子点可以用于激光器，发光二极管、LED等。本文对量子点的制备方法和应用领域及前景进行了初步探讨。 1 量子点的基本特性及其制备方法 1.1 量子点的特性及优势 量子点的基本特性有：量子尺寸效应、表面效应、量子限域效应、宏观量子隧道效应，除此之外，量子点具有一些独特的光学效应，这使得量子点较传统的荧光染料用来标记生物探针具有以下优势： 量子点具有宽的激发光谱范围，可以用波长短于放射光的光激发，产生窄而对称的放射光谱，避开了相邻探测通道之间的干扰。 量子点可以“调色”，即通过调整同一组分粒径的大小或变更量子点的组成，使其荧光放射波长覆盖整个可见光区。尺寸越小，放射光的波长越小。 量子点的稳定性好，抗漂白实力强，荧光强度强，具有较高的发光效率。半导体量子点的表面上包覆一层其他的无机材料，可以对核心进行爱护和提高发光效率，从而进一步提高光稳定性。正是由于量子点具有以上特性使其在生物识别及检测中具有潜在的应用前景，有望成为一类新型的生化探针和传感器的能量供体，因此备受关注。 1.2 量子点的制备方法 依据原料的不同分为无机合成路途和金属-有机物合成路途，两种合成方法各有利弊。 金属-有机相合成：主要采纳有机金属法，在高沸点的有机溶剂中利用前驱体热解制备量子点，前驱体在高温环境下快速热解并结成核晶体缓慢成长为纳米晶粒。通过配体的吸附作用阻碍晶核成长，并稳定存在于溶剂中。该方法制备的量子点具有尺度范围分布窄，荧光量子产率高等优点。但其成本较高且生物相溶性差，量子产率降低，甚至发生完全荧光淬灭现象。 无机合成路途：目前常用水溶性硫基化合物，柠檬酸等做为爱护剂在水相中制备量子点。硫基化合物，柠檬酸等与量子点的稳定性、功能化有关，因此选择带有适当官能团的爱护剂对于限制量子点的表面电荷及其他表面特征极为重要。水相合成量子点操作简便，重复性高，成本低，表面电荷和表面性质可控，很简单引入官能团分子。量子点质量的好坏干脆关系到其应用探讨的开展和探讨成果的优劣。 1.3 量子点的表面修饰方法 通常制备的量子点水溶性较差，不能干脆与生物物质相相互互作用。因此，在进行水相应用前须要对量子点进行适当的表面修饰。通过特定的表面修饰和表面处理以获得对某个样品的识别功能。常用的量子点表面修饰技术可归纳为表面无机修饰和表面有机修饰两大类。 量子点表面无机修饰：单独的量子点颗粒简单受到杂质和晶格缺陷的影响，荧光量子产率低。当以其为核心，用另一种半导体材料包覆，形成核壳结构，可以将量子产率提高，并在消光系数上有很强的增加，因而有很强的荧光放射。 量子点表面的有机修饰：量子点表面配位不足简单产生带隙表面态，通过加入有机表面活性等有机配位体与量子点表面离子键合，可以提高表面原子配位的饱和程度。有机配位体不能同时将表面阴阳粒子完全钝化，表面依旧残留有较多的悬键，钝化效果不志向，量子产率同样不能大幅度提高。 2 量子点的光学应用 半导体量子点作为新型荧光标记物用于生物医学领域的探讨始于20世纪73年头末，由于量子点具有激发光谱宽而连续、放射光谱窄而对称、发光效率高、光化学性能稳定性好、不易发生光漂白、放射光颜色与粒径大小关联等优点被广泛应用于生物化学、分子生物学、细胞生物学、基因组学、蛋白质组学、药物筛选、生物大分子检测，材料医学等领域。 2.1 半导体量子点在光电子学方面的应用 由于半导体量子点可以通过变更颗粒尺寸而获得不同的放射波长和电子亲和势，与其他有机/聚合物电致发光材料相比，半导体量子点的放射光谱较窄，因此将发光性能优异的半导体量子点材料与有机/聚合物发光材料复合用于电致发光器件，来获得高色纯度、窄谱带以及在可见光范围内发光峰连续可调的系列电致发光器件是一项特别有意义的工作，使其在光电子器件方面呈现出广袤的应用前景。 2.2 半导体量子点在生物探讨方面的应用 半导体量子点可以与生物大分子相偶联进而应用于活细胞体系，其在生物学领域的应用获得了多项有意义的探讨成就。较窄的放射光谱允许半导体量子点在活细胞体内和表面上进行多个目标的同时成像，这就为基于多个分子标记的恶性肿瘤的初步探测和确认供应了可能性。用量子点进行多色成像，可以削减分析时间和增加可以检测的生物标记物的数目，具有特别重要的好用意义。 2.3 多色试验和诊断方面的应用 量子点可用于体内光学性非侵害性成像。将半导体量子点应用于芯片上的生物标记后有望给生物材料的检测带来突破性进展，对基因组学和蛋白质组学的探讨特别有用；量子点同样可以应用于药物筛选，达到双高通量药物筛选。另外半导体量子点还可以应用于溶液矩阵，即将不同的量子点或量子点微粒标记在每一种生物分子上，并置于溶液中，形成所谓的溶液矩阵。生物分子在溶液状态下易于保持生物分子的正常三维构象，从而具有正常的生物功能，这是其优于平面芯片之处，量子点在生物医学领域最具诱惑力的应用是纳米机器人的探讨，可以将其注入人体血管内，清晰心脏动脉脂肪沉积物和杀除病毒和癌细胞。 2.4 半导体量子点在公共平安方面的应用 多色量子点，例如CdTe，可用于不同颜色物体的指纹显影，通过变更指纹颜色，以获得最好的指纹图像，这有利于区分不同的颜色物体上的指纹。指纹的细微环节经CdTe量子点溶液浸泡较清晰地显影，其中黄色的指纹图像更光明，更清楚，这表明平滑且清楚的指纹图像可以通过运用多色CdTe量子点获得。另外在有报道将量子点应用于炸药的荧光检测，取得了肯定的效果，因此，量子点在公共平安方面具有潜在的应用。 3 结论 基于化学物质与量子点表面的物理化学作用的合成方法不仅简洁，而且简单获得很高的灵敏度和选择性，这是当前量子点的传感器得到极大发展的一个重要缘由。但是如何同时测定环境和生物样品中的多种组分，是基于量子点传感器将来发展的重要方向。此外，虽然以量子点为基础的共振能量传感器已经应用在化学，生物等领域得到了广泛的探讨，但是还不能干脆用于量子点之间的反应。再有，如何合成高通量，水溶性的量子点，也是影响量子点生物传感器发展的重要因素。 责任编辑：王静 第6页 共6页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页