Vol.34高等学校化学学报No.72013年7月 CHEMICAL JOURNAL OF CHINESE UNIVERSITIES 1565~1570 doi:10.7503/cjcu20130148
聚甲基丙烯酰胺包覆的ZnO 发光量子点
及其在细胞成像中的应用
徐玉东1,张正勇1,孔继烈1,李国栋2,熊焕明1
(1.复旦大学化学系,上海200433;2.无机合成与制备化学国家重点实验室,吉林大学化学学院,长春130012)摘要 通过溶胶?凝胶法合成了在水溶液中稳定发光二荧光颜色可调的ZnO@polymer 核壳型纳米粒子,并研究了这种量子点对人类宫颈癌HeLa 细胞的毒性以及细胞吞噬后激光共聚焦成像的效果.这种荧光探针的外壳是一种通过配位键与ZnO 内核结合的共聚物,该共聚物外层是亲水的聚甲基丙烯酰胺,内层是疏水的聚甲基丙烯酸酯.细胞毒性实验证明,该材料有良好的生物兼容性,适用于生物荧光标记.共聚焦荧光成像结果显示,这些纳米粒子可以穿透HeLa 细胞膜并在细胞质中稳定发光.
关键词 ZnO 量子点;光致发光;表面修饰;细胞毒性;激光共聚焦成像
中图分类号 O614.24;O631 文献标志码 A 收稿日期:2013?02?15.
基金项目:国家重大科学研究计划项目(批准号:2013CB934102)二国家自然科学基金(批准号:21271045)和吉林大学无机合成与制备化学国家重点实验室开放课题(批准号:2013?13)资助.
联系人简介:熊焕明,男,博士,教授,博士生导师,主要从事功能型聚合物纳米杂化材料的研究.E?mail:hmxiong@https://www.doczj.com/doc/2416718250.html, 共聚焦荧光成像技术作为分子生物学和药学研究的有力工具,为在细胞和分子水平上检测疾病提供了一种简便的方法.该方法需要制备高效二特异的纳米探针,并标记到生物大分子或细胞中,再利用激光共聚焦荧光显微镜进行检测.一些荧光探针,如功能化的罗丹明[1]二异硫氰酸荧光素(FITC)[2]二半导体量子点(QDs)[3]二掺杂的稀土纳米粒子[4]等,都已实现了特异性细胞成像.其中,量子点由于其独特的物理和化学特性而在光学和生物技术领域显示出重要的研究价值和良好的应用前景.以硒化镉(CdSe)和碲化镉(CdTe)为代表的量子点的制备以及在生物荧光标记方面的研究已有大量报道[5~8].这类材料的价带?导带的间隙较窄(1.7eV 和1.5eV),很容易通过控制纳米粒子的尺寸调节其发光波长从蓝光区到红光区.同时,由于它们发光的机理是激子发光,所以量子产率高,发光峰比较窄,不易被激光猝灭且在水溶液中稳定,能够很好地应用于生物荧光标记.但是,这类材料的毒性大[9,10],在生物实验中必须用ZnS,SiO 2或者聚合物等材料严密包覆,以防止Cd 等重金属离子的生物毒害.另外,这类材料容易发生光氧化反应并导致荧光猝灭,而且在可见光照射下会产生大量对生物不利的氧自由基(ROS)[11].由于激子发光波长和量子点本身的吸收波长接近,该类材料还容易出现自吸收现象而导致发光强度下降,所以在表征和应用时都只能用很稀的溶液[12](0.001mol /L 以下).与之相比,ZnO 具有独特的优势.首先,ZnO 纳米粒子的生物毒性低且成本低廉,已应用于化妆品(如防晒霜)和药物(如皮肤消炎软膏)等方面.其次,ZnO 是宽带隙半导体(禁带宽度3.4eV),ZnO 量子点不会在光照下被氧化,并且只有在紫外光照射时才能产生大量ROS.另外,ZnO 量子点的可见荧光是缺陷发光,发射波长远离吸收波长,不会发生自吸收现象,因此在较高浓度下仍然维持良好的发光效率.这些优点使ZnO 发光量子点具备了在生物技术领域实际应用的前景.ZnO 发光量子点的研究始于20世纪80年代Koch [13]和Hoffmann [14]等的工作,后来Spanhel [15]和Anderson [16]等发展了溶胶?凝胶法制备ZnO 量子点的技术,以醋酸锌为原料获得了在乙醇溶液中稳定发光的ZnO,但是其发光机理存在广泛争议.21世纪初,van Dijken 等[17]指出这种表面修饰醋酸根基团的ZnO 量子点可见荧光主要来自其氧空位,表面浅能级俘获的电子与表面深能级俘获的空穴在氧空位处复合发光.但其后10年间,研究人员获得了各种有机配体保护的[18]二聚合物包覆的[19]二无机外
6651高等学校化学学报 Vol.34 壳包埋的[20]ZnO量子点,发现了许多新奇的发光现象,如高效的蓝色发光[21]二紫光激发产生荧光[22]等,使ZnO发光机理的探索充满了挑战.过去ZnO发光量子点的研究主要集中在合成与机理方面,很少涉及生物荧光标记.其原因是通常方法制备的ZnO量子点发光效率低,在水溶液中不稳定二需要紫外光激发等,这些缺点都归因于ZnO的能带结构和表面缺陷发光机制[23].2008年,我们课题组首先合成出能够在水溶液中稳定发光的ZnO@polymer核壳型纳米粒子,其发光波长在蓝光到黄光范围内可调,并且首次应用于细胞荧光成像分析[24].随后,我们把这种ZnO量子点用于裸鼠和小白鼠的活体标记,其经皮下注射后发光十分稳定,而经静脉注射后老鼠未表现出中毒现象,血液二尿液等分析指标都证明ZnO对动物实验非常安全,ZnO安全无毒的特性使其在生物技术中表现出极大的优势[25].最近,我们课题组在ZnO量子点外包裹多层SiO2和有机物合成出具有从蓝色到黄色荧光可调,高效发光的ZnO@SiO2核壳型量子点,通过共聚焦荧光成像分析等技术证明了这种量子点对细胞毒性的来源主要是紫外光激发产生的ROS[26].上述方法虽然获得了性能优异的ZnO荧光探针,但是合成步骤复杂,成本较高.本文使用廉价的原料,采用一锅法合成了在水溶液中高效发光的ZnO@polymer核壳型量子点.这种ZnO量子点发光波长可调,具有良好的水溶性和稳定性,并且可用于细胞荧光成像分析.
1 实验部分
1.1 试剂与仪器
氧化锌(ZnO,分析纯)二一水合氢氧化锂(LiOH四H2O,分析纯)二甲基丙烯酰胺(C4H7NO,MAM,化学纯)二甲基丙烯酸(C4H6O2,MAA,化学纯)二无水乙醇(C2H5OH,优级纯)二二缩三乙二醇(C6H14O4,TEG,化学纯)二偶氮二异丁腈(C8H12N4,AIBN,化学纯)和二甲基亚砜(C2H6OS,DMSO,分析纯)等试剂均购于国药集团化学试剂有限公司.
JEM?2010型高分辨透射电子显微镜(HRTEM,日本电子光学公司),Malvern Nano ZS90型纳米粒度分析仪(英国马尔文公司),Leica TCS SP5型激光扫描共聚焦成像显微镜(德国徕卡显微系统有限公司),Nicolet Impact360型红外光谱仪(FTIR,美国尼高力公司),Unico PCS2802型紫外?可见分光光度计(UV?Vis,上海尤尼柯光学仪器公司),Fluoromax?4型荧光光谱仪(FL,带1个F?3018积分球,法国HORIBA Jobin Yvon公司),SPR?960型酶联免疫吸附剂测定仪(ELISA,长春塞诺迈德医学技术有限责任公司),P?4010型电感耦合等离子光谱发生仪(ICP,日本日立公司).
1.2 实验过程
1.2.1 甲基丙烯酸锌的制备 将MAA与水按体积比1∶4混合溶解,加热至60℃.称取适量的ZnO 粉末加入MAA的水溶液中,不断搅拌反应1h.冷却后用布氏漏斗减压抽滤,除去未反应的白色固体.将得到的反应液在70℃旋转蒸发,得到Zn(MAA)2粗晶体,用少量乙醇和蒸馏水洗涤后,在80℃的真空烘箱中干燥24h.取出冷却后,即得到无水的白色Zn(MAA)2粉末.
1.2.2 ZnO@polymer的合成与表征 将0.235g上述制备的Zn(MAA)2粉末加入20mL TEG中,加热至72℃,搅拌溶解制成0.05mol/L的锌盐溶液.降低溶液温度至室温,称取一定量的MAM [n(MAM)/n(Zn)=8]和引发剂AIBN(0.054g)一起加入上述锌盐溶液,缓慢升温至65℃,分别保持5min(对应样品ZnO?1)和10min(对应样品ZnO?2),再加入0.054g AIBN和0.08g LiOH四H2O,于72℃下反应1h.冷却后的溶液转移至分子量为8000~14000的透析袋中,用去离子水透析3d,即得到水溶性的ZnO量子点.该水溶液直接用于紫外?可见吸收光谱二荧光光谱以及动态光散射(DLS)测试,滴到铜网上晾干后可进行HRTEM观察.水溶液的浓度根据锌离子的摩尔浓度[Zn]计算,[Zn]可通过乙二胺四乙酸(EDTA)络合滴定和ICP分析来确定.将溶液蒸发后干燥得到固体,与KBr共研磨后压片进行红外光谱测试.称取一定量的固体,用稀硝酸溶解后通过ICP分析[Zn],可知ZnO?1和ZnO?2中Zn的含量都是7%(质量分数).
1.2.3 细胞毒性测试 用MTT比色法测定量子点的细胞毒性.首先,在96孔板中以每孔5×103个细胞的密度培养24h(37℃,5%CO2,Thermo培养箱),而后移去培养基(DMEM培养液内含10%的胎牛血清),加入含不同浓度ZnO纳米粒子(按[Zn]=2.5,5,7.5,10μg/mL)的新鲜培养基继续培养
24h,移去废液,加入内含MTT 试剂的新鲜培养基(100μL 培养基及20μL 5mg /mL 的MTT 试剂)继续培养4h,移去培养基,每孔加入150μL DMSO 并摇床震荡15min,在自动酶标仪中检测492nm 下的吸收.通过计算得出细胞在不同浓度ZnO 纳米粒子条件下的细胞相对活力值.1.2.4 生物荧光标记 首先将人宫颈癌细胞(HeLa)在油镜培养皿中以每孔5×104个细胞的密度培养24h(1mL /孔,37℃,5%CO 2,Thermo 培养箱),而后移去培养液(DMEM 培养液内含10%的胎牛血清),加入含有ZnO 纳米粒子([Zn]=10μg /mL)的新鲜培养基(1mL /孔)继续培养2h,移去废液并使用磷酸盐缓冲液(PBS)洗涤2次,最后将细胞置于PBS 中,使用Leica 显微镜系统以紫外光为激发光源,63倍油镜镜头进行观察.
2 结果与讨论
2.1 ZnO@polymer 核壳型量子点的合成原理
用AIBN 作为引发剂,让甲基丙烯酸锌在TEG 溶液中与MAM 共聚,形成低聚的配体分子,再加入
Fig.1 Structure of synthesized ZnO@polymer core?shell quantum dots LiOH 使锌盐水解,获得低聚的多酸配体螯合的ZnO 量子点,再补加引发剂使ZnO 表面的低聚配体及溶液中
未反应完的单体进一步交联聚合,获得最终产品(结构
见图1).这种核壳结构的ZnO 量子点内核为无机ZnO
纳米颗粒,外壳为聚合物配体,聚合物外壳分为两层,
内层为疏水的聚甲基丙烯酸酯,外层为亲水的酰胺基
团.这样的聚合物外壳一方面使ZnO 量子点能够在水
中有良好的分散性,另一方面隔绝了水溶液对ZnO 表
面缺陷结构(发光中心)的破坏,保证了ZnO 量子点在
水溶液中稳定发光.通过改变反应条件,可以合成出
具有绿色荧光和黄色荧光的ZnO@polymer 量子点.2.2 HRTEM 测试由图2(A)和(C)可见,所得ZnO 量子点在水溶液中分散性良好,粒径均匀,
证明聚合物外壳对Fig.2 HRTEM images for ZnO?1with green emission (A ,B )and for ZnO?2with yellow emission (C ,D )
Fig.3 Dynamic laser scattering measurements for ZnO?1(a )and ZnO?2(b )
ZnO 量子点起到了很好的保护作用.这层有机外壳由于太薄而在电子显微镜下无法分辨,但是ZnO 的晶格相在图2(B)和(D)中清晰可见.统计结果显
示,发绿色荧光的ZnO?1的平均直径为3.2nm,发
黄色荧光的ZnO?2的平均直径为3.8nm,这种粒径
的变化符合半导体量子点的尺寸效应.
2.3 动态光散射测试将稀释后的ZnO 量子点水溶液置于粒度分析
仪中,测得ZnO?1的平均直径为3.6nm,ZnO?2的
平均直径为4.8nm,呈单一分散且粒径分布较均匀(图3).由于纳米粒子的水合直径都比粒子的实际直径大,我们的测试结果可很好地与TEM 照片吻7651 No.7 徐玉东等:聚甲基丙烯酰胺包覆的ZnO 发光量子点及其在细胞成像中的应用
合,并证明纳米粒子在水溶液中没有团聚,适用于生物技术.
2.4 紫外?可见吸收光谱
图4是ZnO@polymer水溶液的紫外?可见吸收光谱随着存放时间变化的曲线.从图中可以看出2个样品都十分稳定,室温存放14d几乎没有变化.ZnO?1在350nm左右表现出激子跃迁吸收,ZnO?2在365nm左右表现出激子跃迁吸收,根据量子尺寸效应,这种跃迁吸收的波长取决于量子点的大小. Meulenkamp曾使用经验公式1240/λ1/2=a+b/D2-c/D来计算ZnO纳米粒子的平均直径[27].其中λ1/2(nm)为紫外?可见光吸收跃迁的半峰高位置的波长,a,b和c是常数,a=3.556,b=7.999,c= 2.264,D(nm)为ZnO量子点的直径,范围在2.5~6.5nm内有效.将2个样品λ1/2的测量值342和355nm代入上式,计算得到D值分别为3.2和4.0nm,与透射电镜的统计结果吻合.此外,图4中的吸收曲线除激子特征跃迁外无明显吸收,说明样品纯净无杂质.
Fig.4 UV?Vis absorption curves of ZnO?1(A)and ZnO?2(B)
Time/d:a.1;b.3;c.5;d.7;e.9;f.11;g.14.
2.5 荧光光谱
根据ZnO量子点水溶液的荧光光谱(图5),ZnO?1的激发峰在335nm左右,发射峰在520nm附近,ZnO?2的激发峰在350nm左右,发射峰在550nm附近.ZnO量子点的黄绿色荧光是典型的缺陷荧光,其发射波长取决于纳米粒子的大小和能级结构,发射强度取决于纳米粒子的表面态.在本文的合成条件中,2个样品的制备条件近似,表面基团基本相同,因此具有接近的表面态.但ZnO?1的粒径小于ZnO?2,基于量子尺寸效应,ZnO?1发光波长比ZnO?2短,与荧光光谱测试结果一致.使用积分球测得这2个样品的量子产率分别是39%和24%.由于较小的ZnO量子点具有较大的比表面积,所以本文研究的ZnO发光中心主要是位于纳米粒子表面的氧缺陷.
Fig.5 Photoluminescence spectra of ZnO?1(a) and ZnO?2(b)solutions Fig.6 FTIR spectra of dried ZnO@polymer core?shell nanoparticles
2.6 红外光谱
在ZnO@polymer量子点的红外光谱(图6)中,位于3420cm-1附近的吸收带是氨基N H的振动吸收带,1204cm-1处是C N单键的振动峰,1659cm-1处是C O的振动峰,证明甲基丙烯酰胺已成功修饰到量子点表面.2970cm-1附近的吸收带是甲基和亚甲基的振动峰,但是未观察到C C双键的吸收,证明甲基丙烯酸根和甲基丙烯酰胺能够充分共聚在一起,对ZnO量子点形成有效的保护.1597和1480cm-1处是羧基与锌离子配位的特征吸收峰[28],说明聚合物外壳是通过多个羧基与ZnO表面螯8651高等学校化学学报 Vol.34
合的方式结合在一起的.因此,酰胺基团并没有和锌配位,而是处于ZnO@polymer 的外围,帮助整个
纳米粒子很好地溶于水.红外光谱分析结果证明图1给出的产物结构是正确的.
Fig.7 MTT assay results of HeLa cells
treated by ZnO?1and ZnO?2
2.7 细胞毒性测试ZnO?1和ZnO?2的水溶液与HeLa 细胞培养24h 后,用MTT 法测试细胞活性(图7).结果表明,在较高浓度下([Zn]=10μg /mL,对应ZnO@poly?mer 浓度143μg /mL),这两种量子点仍然能维持细胞健康存活,基本无毒性.尽管文献[29~31]报道
锌离子对细胞和微生物有显著毒性,但经过聚合物
保护后的ZnO 表现出良好的生物安全性,这是因为
共聚物疏水的内层阻隔绝了锌离子的游离.2.8 细胞的共聚焦荧光成像ZnO?1和ZnO?2的水溶液在紫外灯下发射明亮的荧光,如图8所示.经过紫外灯连续照射1d 后,
这两份溶液仍保持良好的发光性能,证明ZnO 量子点有非常好的光稳定性.把ZnO?1和ZnO?2分别与细胞培养基混合,使其中ZnO 的浓度在安全范围([Zn]=10μg /mL),再与HeLa 细胞一起培养2h,然后用磷酸盐缓冲溶液冲洗掉细胞外面的ZnO 溶液,再置于共聚焦显微镜下观察,得到清晰的成像照片.从照片中可以看出HeLa 细胞健康存活,其细胞质部分被ZnO 量子点标记,但是ZnO 未进入细胞核,这与我们以前使用其它类型ZnO 荧光探针观察到的结果一致.ZnO@polymer 和细胞一起培养2h 即可被大量吞噬,证明这种荧光探针有良好的细胞通透性
.Fig.8 Photos of ZnO@polymer solutions under UV light (A ),and the confocal fluorescent
images of the HeLa cells labeled by ZnO?1(B )and ZnO?2(C )
综上所述,本文设计合成了一种新型的ZnO@polymer 核壳型发光量子点.该量子点在水溶液中表现出稳定的光致发光性能和良好的生物兼容性.将这种量子点与人宫颈癌细胞HeLa 一起培养,细胞能够迅速吞噬量子点并健康存活,在激光共聚焦显微镜下清晰成像.研究结果证明,经过设计合成的ZnO@polymer 核壳型发光量子点是一类安全无毒二功能优秀的生物荧光探针,在体外细胞成像分析方面具有应用价值.
参 考 文 献
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XU Yu?Dong1,ZHANG Zheng?Yong1,KONG Ji?Lie1,LI Guo?Dong2,XIONG Huan?Ming1*
(1.Department of Chemistry,Fudan University,Shanghai200433,China;
2.State Key Laboratory of Inorganic Synthesis and Preparative Chemistry,College of Chemistry,
Jilin University,Changchun130012,China)
Abstract ZnO@polymer core?shell nanoparticles with stable luminescence in aqueous solutions and tunable emission were synthesized by sol?gel method,studied in cytotoxicity tests towards HeLa cells and measured by laser confocal scanning microscope.The shell of such luminescent probes is a copolymer connected the ZnO core through coordination bonds,which contains an external hydrophilic layer of polymethacrylamide and an internal hydrophobic layer of polymethacrylate.Such design protected the ZnO cores from decomposition by aqueous solutions on one hand,and assured the highly dispersity and long?term stability in water on the other hand.Cytotoxicity measurements proved this material is biocompatible and suitable for biological labels.The results of the laser confocal imaging showed these nanoparticles could penetrate the membranes of HeLa cells and exhibited stable fluorescence in the cytoplasm.
Keywords ZnO quantum dots;Photoluminescence;Surface modification;Cytotoxicity;Laser confocal ima?ging
(Ed.:F,K,M)
量子点发光材料综述 1.量子点简介 1.1量子点的概述 量子点(quantum dot, QD)是一种细化的纳米材料。纳米材料是指某一个维度上的尺寸小于100nm的材料，而量子点则是要求材料的尺寸在3个维度都要小于100nm[1]。更进一步的规定指出，量子点的半径必须要小于其对应体材料的激子波尔半径，其尺寸通常在1-10nm左右[2]。由于量子点半径小于对应体材料的激子波尔半径，量子点能表现出明显的量子点限域效应，此时载流子在三个向上的运动受势垒约束，这种约束主要是由静电势、材料界面、半导体表面的作用或是三者的综合作用造成的。量子点中的电子和空穴被限域，使得连续的能带变成具有分子特性的分离能级结构[1]。这种分离结构使得量子点有了异于体材料的多种特性以及在多个领域里的特殊应用。 1.2量子点的特性 由于量子点中载流子运动受限，使得半导体的能带结构变成了具有分子原子特性的分离能级结构，表现出与对应体材料完全不同的光电特性。 1.2.1 量子尺寸效应 纳米粒子中的载流子运动由于受到空间的限制，能量发生量子化，连续能带变为分立的能级结构，带隙展宽，从而导致纳米颗粒的吸收和荧光光谱发生变化[3]。这种现象就是典型的量子尺寸效应。研究表明，随着量子点尺寸的缩小，其荧光将会发生蓝移，且尺寸越小效果越显著[4]。 1.2.2 表面效应 纳米颗粒的比表面积为，也就是说量子点比表面积随着颗粒半径的减小而增大。量子点尺寸很小，拥有极大的比表面积，其性质很大程度上由其表面原子决定。当其表面拥有很大悬挂键或缺陷时，会对量子点的光学性质产生极大影响[5]。 1.2.3 量子隧道效应 量子隧道效应是基本的量子现象之一。简单来说，即当微观粒子(例如电子等)能量小于势垒高度时，该微观粒子仍然能越过势垒。当多个量子点形成有序
1．前言 在最近的几十年里，量子点（QDs）即半导体纳米晶体（NCs）由于具有独特的电子和发光性质以及量子点在生物标记,发光二极管，激光和太阳能电池等领域的应用成为大家关注的焦点。量子点尺寸大约为1-10 纳米，它的尺寸和形状可以精确的通过反应时间、温度、配体来控制。当量子点尺寸小于它的波尔半径的时候，量子点的连续能级开始分离，它的值最终由它的尺寸决定。随着量子点的尺寸变小，它的能隙增加，导致发射峰位置蓝移。由于这种量子限域效应，我们称它为“量子点”。1998 年, Alivisatos和Nie 两个研究小组首次解决了量子点作为生物探针的生物相容性问题, 他们利用MPA 将量子点从氯仿转移到水溶液，标志着量子点的生物应用的时代的到来。目前，量子点最引人瞩目的的应用领域之一就是在生物体系中做荧光探针。 与传统的有机染料相比，量子点具有无法比拟的发光性能，比如尺寸可调的荧光发射，窄且对称的发射光谱宽且连续的吸收光谱，极好的光稳定性。通过调节不同的尺寸，可以获得不同发射波长的量子点。窄且对称的荧光发射使量子点成为一种理想的多色标记的材料。 由于宽且连续的吸收光谱，用一个激光源就可以同时激发一系列波长不同荧光量子点量子点良好的光稳定性使它能够很好的应用于组织成像等。量子点集中以上诸多优点是十分难得的，因此这就要求我们制备出宽吸收带，窄且对称的发射峰，高的量子产率稳定和良好生物兼容性的稳定量子点。 现在用作荧光探针的量子点主要有单核量子点（CdSe，CdTe，CdS）和核壳式量子点（CdSe/ZnS[39], CdSe/ZnSe[40]）。量子点的制备方法主要分为在水相体系中合成和在有机相体系中合成。本文主要以制备量子点的结构及合成方法为主线分为两部分：第一部分综述了近十几年量子点在有机相中的制备方法的演变历程，重点包括前体的选择，操作条件和合成量子点结构。第二部分介绍了近十几年量子点在水相中制备方法的改进历程，重点包括保护剂的选择及水热法及微波辅助法合成方法。 2．在有机体系中制备在有机相中制备量子点主要采用有机金属法，有机金属法是在高沸点的有机溶剂中利用前躯体热解制备量子点的方法，即将有机金属前躯体溶液注射进250～300℃的配体溶液中，前躯体在高温条件下迅速热解并成核，晶核缓慢生长成为纳米晶粒。通过配体的吸附作用阻滞晶核生长，并稳定存在于溶剂中。配体所采用的前躯体主要为烷基金属（如二甲基隔）和烷基非金属（如二-三甲基硅烷基硒）化合物，主配体为三辛基氧化膦（TOPO），溶剂兼次配体为三辛基膦（TOP）。这种方法制备量子点，具有可制备量子点的种类多、改进纳米颗粒性能的方法多及所量子点的量子产率高等优点，其粒径分布可用多种手段控制，因而成为目前制备量子点的主要方法。 2.1 单核量子点的制备1993 年，Murray 等采用有机金属试剂作为反应前驱物，在高温有机溶剂中通过调节反应温度，合成了量子产率约为10%、单分散(±5%)的CdSe 量子点。他们采用TOPO 作为有机配位溶剂，用Cd(CH3)2 和TOP-Se 作为反应前驱物，依次将其注入到剧烈搅拌的350℃TOPO 溶液中，在短时间内生成大量的CdSe 纳米颗粒晶核，然后迅速降温至240℃以阻止CdSe 纳米颗粒继续成核，随后升温到260～280℃并维持一段时间，根据其吸收光谱监测晶体的生长，当晶体生长到所需要的尺寸时，将反应液冷却至60℃。加入丁醇防止TOPO 凝固，随后加入过量的甲醇，由于CdSe 纳米颗粒不溶于甲醇，通过离心便可得到CdSe 纳米颗粒。通过改变温度，可以将粒径控制在2.4～13nm 之间，且表面的TOPO 可以用吡啶、呋喃等代替。此后，Peng 等又通过进一步优化工艺条件,将两组体积不同，配比一定的Cd (CH3) 2、Se、TOP 的混合溶液先后快速注入高温TOPO 中的方法制得了棒状的CdSe量子点，从而扩展了该合成方法对量子点纳米晶粒形状的控制。利用这种
量子点QLED电视解析或成LED后又一背光革命 2014年12月04日 过去10年，液晶技术成为显示领域的唯一主宰，未来10年，被誉为次时代显示技术的OLED(Organic Light Emitting Diode，有机发光二极管)理应取缔液晶技术，成就一番霸业，就像当年液晶技术取缔体积庞大的CRT技术一样。然而，液晶技术并不愿坐以待毙，2015年将实现终极进化，如果您想知道什么才是液晶的“完美形态”，请不要错过这篇文章。 液晶是一种自身不能发光的物质，需借助要额外的光源才能工作，这一物理特性是无法改变的，因此液晶技术的“终极进化”自然需要从背光系统下手。液晶技术的背光系统主要经历了 CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp，冷阴极荧光灯管)和 WLED(White Light Emitting Diode，白色发光二极管)两个阶段。 量子点QLED将液晶技术进化至“完美的终极形态”
2015年，液晶技术将迎来背光系统的“终极进化”——量子点QLED 技术，无论是性能还是功耗都有革命性的突破，然而，考虑到液晶技术先天物理特性完全处于劣势，量子点QLED背光极有可能是继CCFL 背光和WLED背光之后，液晶发展史上的最后一次革命，这也是我们将其定义为“终极进化”的原因。 2015年：三星将引领量子点QLED技术做强做大内幕可靠消息，电视领域的龙头老大，三星将会在2015年推出基于量子点QLED背光技术的液晶电视(意味着三星将无限期搁浅OLED电视计划)，国产方面TCL最快年底就会上市量子点QLED电视产品，LG Display作为顶尖的液晶面板制造商，已经宣布量子点QLED 面板将会量产，此外还有京东方、华星光电等面板厂都会力挺量子
量子点与生物标记 应化1002班王艳 荧光分析法是生物学研究中十分重要的方法之一,其检测灵敏度很大程度上取决于标记物的发光强度和光化学稳定性。目前使用的大多数荧光试剂如有机荧光染料等存在着光学稳定性较差、激发光谱范围窄、发射光谱较宽、与生物分子的背景荧光难以区分等不可忽视的弱点,导致应用中灵敏度下降。量子点作为一种新型的荧光纳米材料,弥补了有机染料的上述缺点,引起分析化学和生命科学领域的广泛关注。 量子点即半导体纳米粒子，也称半导体纳米晶,是指半径小于或接近于激子玻尔半径的半导体纳米晶粒。它们由n-VI族或n l-V族元素组成，性质稳定，能够接受激发光产生荧光，具有类似体相晶体的规整原子排布。在量子点中，载流子在三个维度上都受到势垒的约束而不能自由运动。需要指出的是，并非小到100nm以下的材料就是量子点，真正的关键尺寸取决于电子在材料内的费米波长。只有当三个维度的尺寸都小于一个费米波长时，才称之为量子点。 量子点独特的性质基于它自身的量子效应，当颗粒尺寸进入纳米量级时，尺寸限域将引起库仑阻塞效应、尺寸效应、量子限域效应、宏观量子隧道效应和表面效应，从而派生出纳米体系具有常观体系和微观体系不同的低维物性，展现出许多不同于宏观材料的物理化学性质 作为荧光探针，量子点的光学特性比在生物荧光标记中常用的传统有机染料有明显的优越性: (l)宽的激发波长范围及窄的发射波长范围，可以使用小于其发射波长的任意波长激发光来激发，并且可以通过改变QDs的物理尺寸对荧光峰位进行调控。这样就可以使用同一种激发光同时激发多种量子点，从而发射出不同波长的荧光，进行多元荧光检测。相反多种染料的荧光(多种颜色)往往需要用多种激光加以激发，这样不仅增加了实验费用，而且使分析系统变得更加复杂。此外，由于QDs的这种光学特性，可以在其连续的激发谱中选取更为合适的激发波长，从而使生物样本的自发荧光降到最低点，提高分辨率和灵敏度。 (2) 量子点具有较大的斯托克斯位移(stokes shift)，能够避免发射光谱与激发光谱的重叠，从而允许在低信号强度的情况下进行光谱学检测。生物医学样本通常有很强的自发荧光背景，有机荧光染料由于其Stokes位移小，检测信号通常会被强的组织自发荧光所淹没，而Q Ds的信号则能克服自发荧光背景的影响，从背景中清楚地辨别检测信号。QDs的荧光发射光谱相对狭窄，因此能同时显现不同颜色而无重叠，这样就能在实验中同时进行不同组分的标记。 (3) 量子点的发射峰窄而对称，重叠小，相互干扰较小，在一定程度上克服了光谱重叠所带来的问题。 (4) 量子点的发射波长可通过控制其大小和组成调节，因而有可能任意合成发射所需波长的量子点，大小均匀的量子点谱峰为对称的高斯分布; 此外，量子点hiP、InAs能够发射700~1500nm多种波长的荧光，可以填补普通荧光分子在近红外光谱范围内种类很少的不足。对于一些不利于在紫外和可见区域进行检测的生物材料，可以利用半导体量子点在红外区域染色，进行检测，完全避免紫外光对生物材料的伤害，特别有利于活体生物材料的检测，同时大幅度降低荧光背景对检测信号的干扰。 (5) 量子点的抗光漂白能力强,有高度光化学稳定性,是普通荧光染料的100
量子点LED专题报告 一、什么是量子点LED？ 量子点LED是把有机材料或者LED芯片和高效发光无机纳米晶体结合在一起而产生的具有新型结构的量子点有机发光器件。相对于传统的有机荧光粉，量子点具有发光波长可调（可覆盖可见和近红外波段）、荧光量子效率高（可大于90%）、颗粒尺寸小、色彩饱和度高、可 低价溶液加工、稳定性高等优点，尤其值得注意的是高色纯度的发光使得其色域已经可以超过HDTV标准色三角。因此基于量子点的发 光二极管，有望应用于下一代平板显示和照明。
表征量子点的光电参数: 1、光致发光谱（PL谱）：光致发光谱反映的是发射光波长与发光强度的关系。从PL谱上可以得到发光颜色的单色性、复合发光的机制、量子点的颗粒尺寸大小及分布均匀性、本征发射峰波长等基本光学信息。量子点光致发光谱的半高宽越窄，说明量子点的发光单色性越好，器件的缺陷和杂质复合发光越少。 2、紫外可见吸收谱：量子点的紫外可见吸收谱反映的是量子点对不同波长光的吸收程度，从谱中吸收峰的位置可计算出量子点的禁带宽度。量子点吸收谱的第一吸收峰与光致发光谱的发射峰的偏移是斯托
克斯位移，斯托克斯位移越大，量子点的自吸收越弱，量子点的荧光强度越高。 3、光致发光量子产率：量子点溶液的光致发光量子产率是通过与标准荧光物质（一般用罗丹明6G）的荧光强度对比而测出。量子点高的量子产率能有效提升器件的发光效率，但纯核量子点沉积成薄膜后量子产率将比在溶液中的量子产率下降1到2个数量级。量子点也存在荧光自淬灭现象，这是由存在于不均匀尺寸分布的量子点中的激子通过福斯特能量转移到非发光点进行非辐射复合所引起。 二、量子点LED在照明显示中的应用方案 量子点的发射峰窄、发光波长可调、荧光效率高、色彩饱和度好，非常适合用于显示器件的发光材料。量子点LED在照明显示领域中的应用方案主要包括两个方面：a、基于量子点光致发光特性的量子点背光源技术（QD-BLU，即光致量子点白光LED）；b、基于量子点电致发光特性的量子点发光二极管技术（QLED）。
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/2416718250.html, 量子点的制备及应用进展 作者：于潇张雪萍王才富倪柳松等 来源：《科技视界》2013年第29期 【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 描述及讨论，在此基础上，对量子点在生物传感器方面的应用进行了，最后分析了量子点生物传感器的存在的问题，对其未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Ⅱ-Ⅵ族和Ⅲ-Ⅴ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殊的纳米材料。国内外关于量子点传感器的研究非常广泛，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讨论。 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： （1）量子点具有宽的激发光谱范围，可以用波长短于发射光的光激发，产生窄而对称的发射光谱，避免了相邻探测通道之间的干扰。 （2）量子点可以“调色”，即通过调节同一组分粒径的大小或改变量子点的组成，使其荧光发射波长覆盖整个可见光区。尺寸越小，发射光的波长越小。 （3）量子点的稳定性好，抗漂白能力强，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，可以对核心进行保护和提高发光效率，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 根据原料的不同分为无机合成路线和金属-有机物合成路线，两种合成方法各有利弊。
体依赖外界光源进行照射，从而获得能量，产生激发导至发光的现象，它大致经过吸收、能量传递及光发射三个主要阶段，光的吸收及发射都发生于能级之间的跃迁，都经过激发态。而能量传递则是由于激发态的运动。紫外辐射、可见光及红外辐射均可引起光致发光。如磷光与荧 产生激发态的分布按能量的高低可以分为三个区域。低于禁带宽度的激发态主要是分立中心的激发态。关于这些激发态能谱项及其性质的研究，涉及到杂质中心与点阵的相互作用，可利用晶体场理论进行分析。随着这一相互作用的加强，吸收及发射谱带都由窄变宽，温度效应也由弱变强，特别是猝灭现象变强，使一部分激发能变为点阵振动。在相互作用较强的情况下，激发态或基态都只能表示中心及点阵作为一个统一系统的状态。通常用位形坐标曲线[1]表示。电子跃迁一般都在曲线的极小值附近发生。但是，近年关于过热发光的研究，证明发光也可以从比较高的振动能级起始，这在分时光谱中可得到直观的图像，反映出参与跃迁的声子结构。 接近禁带宽度的激发态是比较丰富的，包括自由激子、束缚激子及施主-受主对等。当激发密度很高时,还可出现激子分子，而在间接带隙半导体内甚至观察到电子－空穴液滴。激子又可以和能量相近的光子耦合在一起,形成电磁激子(excitonic polariton)。束缚激子的发光是常见的现象，它在束缚能上的微小差异常被用来反映束缚中心的特征。在有机分子晶体中，最低的电子激发态是三重激子态，而单态激子的能量几乎是三重态激子能量的两倍。分子晶体中的分子由于近邻同类分子的存在,会出现两种效应：“红移”(约几百cm)及“达维多夫劈裂”。这两种效应对单态的影响都大于对三重态的影响。 能量更高的激发态是导带中的电子，包括热载流子所处的状态。后者是在能量较高的光学激发下。载流子被激发到高出在导带（或价带）中热平衡态的情况，通常可用电子（或空穴）温度（不同于点阵温度）描述它们的分布。实验证明，热载流子不需要和点阵充分交换能量直至达到和点阵处于热平衡的状态即可复合发光，尽管它的复合截面较后者小。热载流子也可在导带（或价带）内部向低能跃迁。这类发光可以反映能带结构及有关性质。 激发态的运动是发光中的重要过程，能量传递是它的一个重要途径。分子之间的能量传递几率很大，处于激发态的分子被看作是激子态。无机材料中的能量传递也非常重要，在技术上已得到应用。无辐射跃迁是激发态弛豫中的另一重要途径。对发光效率有决定性的影响。 应用 光致发光最普遍的应用为日光灯。它是灯管内气体放电产生的紫外线激发管壁上的发光粉而发出可见光的。其效率约为白炽灯的5倍。此外,“黑光灯”及其他单色灯的光致发光广泛地用于印刷、复制、医疗、植物生长、诱虫及装饰等技术中。上转换材料则可将红外光转换为可见光，可用于探测红外线，例如红外激光的光场等。 光致发光可以提供有关材料的结构、成分及环境原子排列的信息，是一种非破坏性的、灵敏度高的分析方法。激光的应用更使这类分析方法深入到微区、选择激发及瞬态过程的领域，使它又进一步成为重要的研究手段，应用到物理学、材料科学、化学及分子生物学等领域，逐步出现新的边缘学科。
解析量子点膜涂布精度工艺控制 十多年来，LCD在电视和移动电子产品市场中占据主导地位。制造商们专注于不断降低LCD的制造成本，扩大市场规模，使得它们成为了随处可见的日用品。但是自1963年Martin Pope发布第一篇关于有机发光显示器（OLED）的文章开始，OLED逐渐作为超薄，高色域的平板显示技术成为研究的热门。不过由于成本昂贵，开发技术难度高，成品率低以及有机体的不稳定等因素，离大规模普及还有一段很长的路程。 而量子点显示在近两年来可谓是风生水起，在全球彩电大咖的布局下，颇有“长江后浪推前浪”之势，与OLED显示同样定位旗舰高端系列产品，不同的是，量子点显示是基于独特的短波长激发纳米级特种颗粒的显示技术，打破了“色域与成本和亮度是矛盾”这一平衡。 浙江大学教授、量子点资深专家彭笑刚教授曾经说过，“量子点有可能是人类有史以来发现的最优秀的发光材料”。 量子点尺寸连续可调，可实现蓝色到绿色、到黄色、到橙色、到红色的发射，色彩精准而且纯净。其色彩效果如果按照最高的BT．2020标准算，苹果手机也只有50％左右，既有一半的颜色显示不出来，但量子点可以做到100％的色域。对应于超高清蓝光标准高色域的要求遥，量子点显示有能力还原我们所能感知的所有颜色。 目前采用量子点膜技术的光致发光技术是目前量子点显示中成熟可靠的技术。传统LCD显示屏只要将背光中白色LED光源更换为蓝色LED光源和添加上一层纳米量子点的薄膜就可以达到卓越的色彩表达能力。 总的来说，量子点显示技术的优势可以概括为“高、纯、久”三大方面。“高”就是色域高，色域覆盖率达110％NTSC；“纯”就是颜色纯，色彩纯净度比普通LED提升约58．3％，精准呈现大自然色彩；“久”就是色彩久，稳定的无机纳米材料的量子点能够保证色彩恒久不褪色，色彩持久稳定可达60000小时。
中科院苏州纳米所硫化银近红外量子点细胞成像研究进展 自1998年Alivisatos和聂书明等首次提出将量子点(Quantum dots, QDs)作为荧光标签应用到生物医学研究中，量子点作为一种重要的生物标记与成像纳米光学探针，在分子检测、细胞标记和活体成像中发挥着越来越重要的作用。然而，由于可见荧光量子点对活体组织的穿透能力较差，而传统的近红外荧光量子点含有铅、镉或汞等高毒性重金属元素，量子点荧光技术在生物活体研究中的应用一直受到制约。开发一种无毒的、高量子产率并可用于生物活体成像的近红外量子点成为人们关注的焦点。 在“单源前驱体制备Ag2S近红外量子点”（J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 669 1470–1471）基础上，进一步优化制备得到了量子产率更高、生物相容性更好、尺寸均匀可控的Ag2S近红外量子点（见图1）。通过与美国斯坦福大学戴宏杰课题组合作，利用Ag2S量子点进行了细胞成像实验。研究结果表明，通过在亲水Ag2S表面修饰不同的特异性生物分子，可实现对不同细胞系进行特异性标记。譬如，Ag2S/Erbitux对MDA-MB-468细胞具有高靶向性，而Ag2S/RGD对U87 MG细胞具有高靶向性（见图2）。 研究人员进一步对Ag2S QDs进行了系统的细胞生物安全性评价，包括细胞增殖、细胞坏死和凋亡、活性氧和DNA损伤实验等。结果表明，Ag2S近红外量子点几乎没有细胞毒性（见图3）。这些实验结果表明，Ag2S近红外量子点具有无毒、高生物相容性、高量子产率等优点。 该工作已经发表在ACS Nano，并且已经申请一项中国发明专利（申请号：201110142093.8）和一项国际发明专利（申请号：PCT/CN2012/000167）。对Ag2S近红外量子点的生物活体成像和长期体内代谢、分布和毒理研究正在进行之中。 此项工作得到中科院“百人计划”、中科院先导专项、国家自然科学基金委和科技部等的大力支持。 原文链接
量子点在生物医学领域的应用进展 【摘要】量子点是近年来发展起来的一种性能优异的新型荧光纳米材料，已成为纳米技术领域最受关注的研究对象之一，并成功应用于生命科学等领域。本文介绍了量子点的基本概念和性质，对量子点在生物医学领域的应用进行了综述和展望，指出了目前存在的问题和今后的发展方向。 【关键词】量子点；生物医学；荧光；纳米粒子 1量子点的概念及特性 量子点(Quantum dots, QDs) 又称半导体纳米微晶体，是半径小于或接近于激子玻尔半径的一类无机半导体纳米粒子，主要由ⅡB - ⅥA (如CdSe，CdTe，ZnSe 等) ，ⅢA-ⅤA( 如InAs，InP 等) 组成的，粒径在1—10nm，能够光致发光的半导体纳米晶。 QDs具有一般纳米微粒的基本性质如表面效应、体积效应和量子尺寸效应,具有宽的激发光谱、窄的发射光谱、可精确调谐的发射波长，正是基于量子点独特的光学性质使得它克服了传统的用于标记或衍生的荧光试剂如荧光素类、罗丹明类等有机化合物存在荧光量子产率低、易光漂白及发射光谱宽等缺点。QDs 所具有的优异的光谱性能，在生物化学、细胞生物学、分子生物学、生物分析化学等研究领域显示出极其广阔的应用前景，并逐步地应用于蛋白质及DNA的检测、药物靶向治疗、活细胞生命动态过程的示踪及动物活体体内肿瘤细胞的靶向示踪等生物分析与医学诊断领域，并取得了丰硕的研究成果［1］。 2量子点的应用 2.1 量子点在细胞成像中的应用 对单个活细胞的一些活动进程进行高效、灵敏的监测将有助于阐明一些重要的细胞生理过程和药物代谢机制，有利于了解生物体的复杂性以及动力学特征。发展特异性和选择性的QDs 是细胞和生物分子标记的一大挑战。经巯基乙酸修饰的QDs 连接到转铁蛋白上后，再把QDs-转铁蛋白同表面存在大量转铁蛋白识别受体的HeLa 细胞一起培养，发现其可以被HeLa 细胞表面的受体识别并吞噬进入细胞内部，首次实现了QDs 应用于离体活细胞实验[2]。Tokumasu等［3］用偶联了抗体的QDs 标记血红细胞膜上的Band3 蛋白，实验中观察到了Band3 蛋白在细胞膜上的分布，证实了可以通过QDs 的标记观察在疟原虫入侵时红血球细胞膜的变化情况。Orndorff 等［4］使用具有高亲合性的神经毒素修饰QDs，然后标记了内在表达的癌细胞蛋白，揭示了经神经毒素修饰的QDs 可以作为一种鉴定癌细胞存在的评估标签。 2.2 量子点在活体成像中的应用
量子点 1.量子点简介 1.1量子点的概述 量子点(quantum dot, QD)是一种细化的纳米材料。纳米材料是指某一个维度上的尺寸小于100nm的材料，而量子点则是要求材料的尺寸在3个维度都要小于100nm[1]。更进一步的规定指出，量子点的半径必须要小于其对应体材料的激子波尔半径，其尺寸通常在1-10nm左右[2]。由于量子点半径小于对应体材料的激子波尔半径，量子点能表现出明显的量子点限域效应，此时载流子在三个方向上的运动受势垒约束，这种约束主要是由静电势、材料界面、半导体表面的作用或是三者的综合作用造成的。量子点中的电子和空穴被限域，使得连续的能带变成具有分子特性的分离能级结构[1]。这种分离结构使得量子点有了异于体材料的多种特性以及在多个领域里的特殊应用。 1.2量子点的特性 由于量子点中载流子运动受限，使得半导体的能带结构变成了具有分子原子特性的分离能级结构，表现出与对应体材料完全不同的光电特性。 1.2.1 量子尺寸效应 纳米粒子中的载流子运动由于受到空间的限制，能量发生量子化，连续能带变为分立的能级结构，带隙展宽，从而导致纳米颗粒的吸收和荧光光谱发生变化[3]。这种现象就是典型的量子尺寸效应。研究表明，随着量子点尺寸的缩小，其荧光将会发生蓝移，且尺寸越小效果越显著[4]。 1.2.2 表面效应 纳米颗粒的比表面积为，也就是说量子点比表面积随着颗 粒半径的减小而增大。量子点尺寸很小，拥有极大的比表面积，其性质很大程度上由其表面原子决定。当其表面拥有很大悬挂键或缺陷时，会对量子点的光学性质产生极大影响[5]。 1.2.3 量子隧道效应 量子隧道效应是基本的量子现象之一。简单来说，即当微观粒子(例如电子等)能量小于势垒高度时，该微观粒子仍然能越过势垒。当多个量子点形成有序阵列，载流子共同越过多个势垒时，在宏观上表现为导通状态。因此这种现象又
量子点总结
1．前言 在最近的几十年里，量子点（QDs）即半导体纳米晶体（NCs）由于具有独特的电子和发光性质以及量子点在生物标记,发光二极管，激光和太阳能电池等领域的应用成为大家关注的焦点。量子点尺寸大约为1-10 纳米，它的尺寸和形状可以精确的通过反应时间、温度、配体来控制。当量子点尺寸小于它的波尔半径的时候，量子点的连续能级开始分离，它的值最终由它的尺寸决定。随着量子点的尺寸变小，它的能隙增加，导致发射峰位置蓝移。由于这种量子限域效应，我们称它为“量子点”。1998 年 , Alivisatos 和 Nie 两个研究小组首次解决了量子点作为生物探针的生物相容性问题, 他们利用MPA 将量子点从氯仿转移到水溶液，标志着量子点的生物应用的时代的到来。目前，量子点最引人瞩目的的应用领域之一就是在生物体系中做荧光探针。 与传统的有机染料相比，量子点具有无法比拟的发光性能，比如尺寸可调的荧光发射，窄且对称的发射光谱宽且连续的吸收光谱，极好的光稳定性。通过调节不同的尺寸，可以获得不同发
射波长的量子点。窄且对称的荧光发射使量子点成为一种理想的多色标记的材料。 由于宽且连续的吸收光谱，用一个激光源就可以同时激发一系列波长不同荧光量子点量子点良好的光稳定性使它能够很好的应用于组织成像等。量子点集中以上诸多优点是十分难得的，因此这就要求我们制备出宽吸收带，窄且对称的发射峰，高的量子产率稳定和良好生物兼容性的稳定量子点。 现在用作荧光探针的量子点主要有单核量子点（CdSe，CdTe，CdS）和核壳式量子点（CdSe/ZnS[39], CdSe/ZnSe[40]）。量子点的制备方法主要分为在水相体系中合成和在有机相体系中合成。本文主要以制备量子点的结构及合成方法为主线分为两部分：第一部分综述了近十几年量子点在有机相中的制备方法的演变历程，重点包括前体的选择，操作条件和合成量子点结构。第二部分介绍了近十几年量子点在水相中制备方法的改进历程，重点包括保护剂的选择及水热法及微波辅助法合成方法。
Hans Journal of Nanotechnology纳米技术, 2016, 6(1), 9-13 Published Online February 2016 in Hans. https://www.doczj.com/doc/2416718250.html,/journal/nat https://www.doczj.com/doc/2416718250.html,/10.12677/nat.2016.61002 Advances of Quantum Dots as Fluorescent Probes in Biological and Medical Fields Guolong Song, Xiangdong Kong* Institute of Biomaterials and Marine Biological Resources, College of Life Sciences, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou Zhejiang Received: Jan. 27th, 2016; accepted: Feb. 13th, 2016; published: Feb. 16th, 2016 Copyright ? 2016 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). https://www.doczj.com/doc/2416718250.html,/licenses/by/4.0/ Abstract Quantum dots (QDs), three-dimensional (3-D) nanocrystals, possess a great deal of unique optical performances, such as wide excitation wavelength, narrow and symmetric emission wavelength, high quantum yield, long fluorescence lifespan, stable optical property. QDs can be used as fluo-rescent probes to label different components in biosystem, which contains tissues, cells, molecules and living animals imaging. A review on the advances of QDs as fluorescent probes in Biological and Medical fields is given in the paper. Keywords Quantum Dots, Biological Probes, In Vivo Imaging 量子点作为荧光探针在生物医学领域的 研究进展 宋国龙，孔祥东* 浙江理工大学生命科学学院，生物材料与海洋生物资源研究所，浙江杭州 收稿日期：2016年1月27日；录用日期：2016年2月13日；发布日期：2016年2月16日 *通讯作者。
碳量子点在活体光学成像 Sheng-Tao Yang,?,? Li Cao,? Pengju G. Luo,? Fushen Lu,? Xin Wang,? Haifang Wang,*,?,§Mohammed J. Meziani,? Yuanfang Liu,?,§ Gang Qi,? and Ya-Ping Sun*,? 新型材料和技术化学系实验室，克莱姆森大学，南卡罗来纳州克莱姆森，29634 - 0973，北京分子科学国家实验室，化学生物学部门，化学与分子工程学院，北京大学，北京100871，中国，以及纳米化学方面前沿研究所，上海大学，上海200444,中国 Received June 13, 2009; E-mail: haifangw@https://www.doczj.com/doc/2416718250.html,;syaping@https://www.doczj.com/doc/2416718250.html, 最近在高荧光纳米材料作为光造影剂在体内成像的发展中有了显著的发现。1理想的显像剂应该是明亮的、无毒的、生物相容的，并且对漂白稳定。其中这些广泛的研究是基于半导体量子点（QDS），例如CdSe|ZnS。2对于传统的有机染料量子点使用的基本原理是现在普遍接受的文献。3在肿瘤血管，肿瘤特异性膜上抗原、前哨淋巴结等的研究中已经有成功的量子点体内成像演示。2.4 含有镉或其他重金属的半导体量子点因为具有显著的毒性而闻名于世，即使在相对低浓度下依旧如此，5.6这可能证明了它们被禁止于任何病人的研究。因此，寻找良性的替代品仍在继续。最近的新发现特别令人感兴趣也很有意义，即小的碳纳米颗粒通过有机或生物分子可能会表面钝化进而成为强荧光。7这些荧光碳纳米颗粒7.8被称为“碳点”（C-dots，图解1），被认为是物理化学和光化学稳定的、无闪烁的。碳粒子芯也可以与无机盐掺杂如表面功能化前的ZnS以显著提升荧光亮度（CZnS-Dots，图解1）。9这些碳点已经成功用于体外细胞成像和双光子激励。7,9,10
光致发光光谱技术的认识、应用及改进 孙奇 20144214004物理学 光致发光光谱技术的背景介绍 在我们周围，光致发光是一种很普遍的现象。常用的日光灯就属于光致发光的一种，它是利用汞蒸气放电产生的紫外光激发涂覆在灯管壁上的发光物质而发出可见光的。简单地说，光致发光（PL）是发光材料吸收光子（或电磁波）后，重新辐射发出光（或电磁波）的过程。这种过程与材料的结构、成分及原子排列等密切相关。 紫外光、可见光甚至红外辐射都可以作为激发光，引起光致发光。 所发出的光，根据弛豫时间的不同，可分为荧光、磷光和上转换发光。 从分子电子结构上解释，荧光是电子从单线态第一激发态返回到基态时释放的光，具有很短的发光寿命（约1~100 ns），而磷光是电子从三线态第一激发态返回基态时释放的光，具有较长的发光寿命（约~1000ms）。当系间窜越的速率小于荧光跃迁速率时，激发态全部以荧光形式辐射回到基态，因而只有在低温条件下，才可以检测到磷光发光。本文中如未特别指出，所介绍的光致发光都属于荧光发光。
图1. 光致发光过程中的光子吸收和能量转移过程。 在实验测试中，荧光发光光谱包括激发谱和发射谱两种。激发谱是使用不同激发光测试发光材料在某一波长处荧光强度的变化情况，即不同波长激发光的相对效率；发射谱则是在某一固定波长激发光作用下的荧光强度在不同波长处的分布情况，即荧光中不同波长的光成分的相对强度。一般情况下，光致发光光子的能量小于激发光子的能量（斯托克斯位移），在特定条件下发射光子的能量也可以超过激发光子的能量（反斯托克斯位移）。 由于光致发光(荧光或磷光)的特点是宽激发窄发射，所以测试时，需要选取一个能反映出所测材料发光效率的激发光波长。激发光波长的选择一般没有定论，简单而常用的方法有两种：1）激发谱：将荧光发光峰波长固定为发射波长（EM），然后做激发波长（EM）扫描，激发波长范围要小于发射波长。一般选取激发谱最高峰位置对应的波长作为激发光波长。2）紫外-可见光吸收测试：一般以最大吸收波长或等吸收点处的波长作为激发波长。
量子点的制备方法综述及展望 来源:https://www.doczj.com/doc/2416718250.html, 1．前言 在最近的几十年里，量子点（QDs）即半导体纳米晶体（NCs）由于具有独特的电子和发光性质以及量子点在生物标记,发光二极管，激光和太阳能电池等领域的应用成为大家关注的焦点。中国硕士论文网提供大量免费英语论文。 量子点尺寸大约为1-10 纳米，它的尺寸和形状可以精确的通过反应时间、温度、配体来控制。当量子点尺寸小于它的波尔半径的时候，量子点的连续能级开始分离，它的值最终由它的尺寸决定。随着量子点的尺寸变小，它的能隙增加，导致发射峰位置蓝移。由于这种量子限域效应，我们称它为“量子点”。1998 年 , Alivisatos和 Nie 两个研究小组首次解决了量子点作为生物探针的生物相容性问题, 他们利用MPA 将量子点从氯仿转移到水溶液，标志着量子点的生物应用的时代的到来。目前，量子点最引人瞩目的的应用领域之一就是在生物体系中做荧光探针。 与传统的有机染料相比，量子点具有无法比拟的发光性能，比如尺寸可调的荧光发射，窄且对称的发射光谱宽且连续的吸收光谱，极好的光稳定性。通过调节不同的尺寸，可以获得不同发射波长的量子点。窄且对称的荧光发射使量子点成为一种理想的多色标记的材料。 由于宽且连续的吸收光谱，用一个激光源就可以同时激发一系列波长不同荧光量子点量子点良好的光稳定性使它能够很好的应用于组织成像等。硕士网为你提供计算机硕士论文。 量子点集中以上诸多优点是十分难得的，因此这就要求我们制备出宽吸收带，窄且对称的发射峰，高的量子产率稳定和良好生物兼容性的稳定量子点。 现在用作荧光探针的量子点主要有单核量子点（CdSe，CdTe，CdS）和核壳式量子点（CdSe/ZnS[39], CdSe/ZnSe[40]）。量子点的制备方法主要分为在水相体系中合成和在有机相体系中合成。 本文主要以制备量子点的结构及合成方法为主线分为两部分：第一部分综述了近十几年量子点在有机相中的制备方法的演变历程，重点包括前体的选择，操作条件和合成量子点结构。第二部分介绍了近十几年量子点在水相中制备方法的改进历程，重点包括保护剂的选择及水热法及微波辅助法合成方法。 2．在有机体系中制备在有机相中制备量子点主要采用有机金属法，有机金属法是在高沸点的有机溶剂中利用前躯体热解制备量子点的方法，即将有机金属前躯体溶液注射进250～300℃的配体溶液中，前躯体在高温条件下迅速热解并成核，晶核缓慢生长成为纳米晶粒。通过配体的吸附作用阻滞晶核生长，并稳定存在于溶剂中。配体所采用的前躯体主要为烷基金属（如二甲基隔）和烷基非金属（如二-三甲基硅烷基硒）化合物，主配体为三辛基氧化膦（TOPO），溶剂兼次配体为三辛基膦（TOP）。这种方法制备量子点，具有
解读印刷显示技术 2015-06-04 全球信息显示学会年会（SIDDisplayWeek2015）在美国圣何塞会展中心开幕。TCL集团董事长兼CEO、深圳华星光电公司董事长李东生在会上用英文做了题为《显示产业浪潮中的中国力量》演讲。 李东生认为，过去三年和未来三年全球显示产业的主要增长在中国，量子点技术将成为电视高端显示的主流技术。印刷显示技术有可能成为新一代大尺寸显示核心技术，未来“将像印报纸一样制造显示器”。 印刷显示将破解大尺寸OLED瓶颈 李东生还表示，印刷显示技术是未来显示技术发展的重要方向，最终可达到“像印报纸一样制造显示器”，实现大面积、轻、薄、柔性的显示应用。 从技术的角度看，OLED器件结构简单，但目前采用的真空蒸镀工艺设备昂贵，材料消耗很大，且良率难以提高，如果能用印刷显示技术取代真空蒸镀工艺来生产大尺寸的OLED，将是一个解决的方向。 同时，用印刷显示取代真空蒸镀工艺还有可能实现柔性和可卷绕的生产工艺，并大幅提高效率和降低成本。 李东生透露，TCL在几年前开始研制溶液加工的有机发光显示材料，并和设备厂商合作建立印刷显示器件材料与工艺开发的平台，开
发印刷显示技术。李东生表示TCL愿意和其他国内外伙伴一起合作，早日完善印刷显示技术、工艺和材料，实现工业化生产。 基于上述趋势，李东生表示，华星光电未来有四个重点发展的技术方向：一是提高分辨率，大尺寸显示将研发光配向与IGZO技术，小尺寸显示将采用LTPS技术；二是提高色域，近期采用RG磷光剂及量子点背光技术，同时研发量子点电致发光技术；三是研发基于FMM工艺的OLED技术；四是全力研发印刷显示技术、工艺及材料，尽早实现工业化生产。
量子点在生物标记中的应用 【摘要】：生物医学检测领域，荧光标记分子是研究抗原-抗体，DNA链段、酶与底物等分子间相互作用的重要研究工具。荧光量子点作为一种新型荧光纳米材料，具有量子效率高，摩尔消光系数大，光稳定性好，可控的荧光发射波长和宽的荧光激发波长范围等优异的光学性能，因而在生物分析，检测等领域得到广泛应用。 前言 纳米量子点是准零维材料。当颗粒尺寸和电子的德布罗意波长相比拟的时候，尺寸限域将引起尺寸效应，小尺寸效应和宏观量子隧道效应，从而展现出不同于宏观材料的光学性质。 [1]由于其独特的发光性质，量子点在医学生物芯片，药物和基因载体、以及生物化学分析、疾病的诊断与治疗等方面的应用得到的广泛的关注。 与传统荧光染料相比，量子点存在以下优点：[2] （1）量子点的发射光谱可以通过改变量子点的尺寸大小来控制。通过改变量子点的尺寸和它的化学组成可以使其发射光谱覆盖整个可见光区。而传统的邮寄荧光染料激发光谱窄，发射光谱很宽。激发光谱窄导致每一个不同的荧光染料必须使用一种特定的激发波长来激发，限制了使用有机荧光染料作为荧光探针进行多色标记。而且其荧光发射峰的半峰宽很宽，导致不同波长的有机荧光染料的发射峰彼此重叠，大大限制了可以同时使用的荧光探针的数量。 （2）量子点具有良好的光稳定性，量子点的荧光强度比最常用的邮寄荧光材料“罗丹明6G”高20倍，稳定性是100倍以上，因此，量子点可以对标记的物体进行长时间的观察。有机荧光染料的荧光稳定性不好，见光极易分解，产生光漂白现象，导致量子产率下降，对检测过程造成影响。 （3）量子点具有宽的激发谱和窄的发射谱。使用同一激发光源就可实现对不同粒径的量子点进行同步检测，因而可用于多色标记，极大地促进了荧光标记在生物钟的应用。 （4）量子点具有较大的斯托克斯位移。可以避免发射光谱和激发光谱的重叠，有利于荧光光谱信号的检测。 （5）生物相容性好。量子点经过化学修饰之后，对细胞毒性低，对生物危害小，可进行生物活体标记和检测。 （6）量子点的荧光寿命长。有机荧光燃料的寿命一般为几纳秒，而量子点的荧光寿命可持续数十纳秒。这使得当光激发后，大多数的自发荧光已经衰变，但量子点荧光仍然存在，此时即可得到无背景干扰的荧光信号。 量子点进行生物标记的基础 1、量子点与生物分子的偶联[3] 量子点和生物分子的偶联是将量子点应用到生物领域的基础，生物分子可以通过各种作用力，如静电吸附，共价偶联，配位键和生物特异性吸附等，与量子点得到生物功能化的量
基金项目:吉林省科学技术厅资助项目(NO.20082123)*通讯作者 文章编号:1007-4287(2009)06-0847-03 量子点在生物医学领域的应用 王雅丽,张玉成,张桂珍* (吉林大学中日联谊医院中心实验室,吉林长春130033) 生命科学的高速发展离不开新技术新方法的应用。近些年来,量子点在生物医学领域的应用已经成为人们广泛关注的研究热点之一,量子点在体内外成像,靶向标记特异组织和细胞等方面均取得了新的进展。相对于传统的荧光染料分子而言,量子点具有其独特的特性及优点。本文对近年来量子点在生物医学领域的诸多应用及进展做一综述。1 量子点基本组成结构及光学特性 1.1 量子点概念 量子点(Quantum Dots,QDs),也称半导体纳米晶(Nanocrystals,NCs),它是由 族元素或! ?族元素组成的小于100nm 的半导体纳米微晶体,当这些半导体纳米微晶体的直径小于激子的波尔直径(<10nm)时,这些半导体纳米微晶体由于受到量子尺寸效应和介电限域效应的影响,从而表现出独特的光学特征[1-3]。 1.2 量子点的光学特性及优点 QDs 与传统的有机荧光染料相比,其光学特性有: 1.2.1 QDs 的激发光波长(e xcitation wave lengths)范围宽且连续分布,其荧光可以被波长小于其量子限域峰的任意光源所激发,而其发射波长(emission wa ve lengths)的范围窄且呈对称分布[4,5] ,可检测到的光谱范围内同时使用多个探针,而发射光谱不出现交叠。 1.2.2 QDs 的发光特征具有严格的量子尺寸效应,通过改变量子点粒径大小可获得从紫外到近红外范围内任意点的光谱[6],这样仅用一种波长的激发光源便可激发多种荧光,进行多元荧光检测。1.2.3 QDs 的抗光漂白能力强,光漂白作用是指由光激发引起发光物分解而导致的荧光强度降低的现象 [7] 。有机荧光染料的光漂白速率很快,而QDs 的 光漂白作用则远远小得多。 1.2.4 QDs 的荧光寿命长[8] ,典型的有机荧光染料的荧光寿命仅为几纳秒,这与很多生物样本的自发 荧光衰减的时间相当。而QDs 的荧光寿命可持续长达数十纳秒,这使得当光激发数纳秒以后,大多数自发荧光背景已经衰减,而QDs 荧光仍然存在,此时即可获得无背景干扰的荧光信号。2 量子点的修饰 直接制备的QDs 很难与生物大分子发生作用,所以制备好的QDs 需要对其表面进行修饰来提高它的光学特性以及它与生物大分子连接的能力。Nie 等[9]利用巯基乙酸修饰QDs,游离的羧基不仅使QDs 的水溶性增强,还可以与生物大分子结合。3 量子点与生物大分子偶联 生物分子通过与QDs 结合后才能用于生物医学,结合的方式主要有直接结合、共价偶联、静电吸附、间接偶联[10,11]。直接结合是指量子点表面基团和生物分子表面基团直接作用后将生物分子连接到量子点上的方式,这种连接方式难度较大,一般不易采用。共价偶联是利用量子点表面修饰的羧基,通过酶促交联剂EDC 的作用,与生物分子表面的氨基进行共价偶联,这种偶联方式得到的偶联复合物稳定,但偶联过程比较复杂。静电吸附是通过静电力进行偶联[12],通常先把一活性基团连在QDs 上,同时用另一活性基团修饰生物大分子,利用两活性基团的静电作用力即可将QDs 与目标分子结合,这种偶联方式得到的偶联复合物不是足够稳定,但偶联过程比较简单快捷。间接偶联是指通过其它亲和系统来将量子点与生物分子结合在一起的方法,常用的亲和系统包括生物素 链亲和素、生物素 卵白素[13,14]亲和系统,这些亲和系统能起到很好的桥梁作用,将生物分子连接到量子点上面。4 量子点在生物分析中的应用4.1 量子点在细胞成像中的应用 量子点已成功地应用于细胞的不同组分、蛋白以及亚细胞结构的标记,其基本原理是当量子点与特异性抗体交联后,量子点 抗体复合物就会与细胞内的不同细胞器或骨架系统结合,在受到光激发后发出特定波长的荧光。Wu 等[7]采用荧光免疫法, # 847#中国实验诊断学 2009年6月 第13卷 第6期