基于量子点和纳米金属颗粒的荧光增强研究

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1、基于量子点和纳米金属颗粒的荧光增强研究导读：就爱阅读网友为您分享以下“基于量子点和纳米金属颗粒的荧光增强研究”的资讯，希望对您有所帮助，感谢您对92to.com的支持!华中科技大学硕士学位论文1绪言1.1前言77近些年来，生命科学取得了迅猛的发展，它在未来的时间里将与我们的生活联系越来越紧密，并且它与其他学科结合的需求也会更加强烈，将成为将来的科研重点。伴随着生命科学的飞速发展，人们对于生物检测技术的需求也日益强烈，需要有更精确，信号更强的生物检测技术来实现这个需求。这要求我们要将传统的检测技术与现有的技

2、术相结合，并且结合诸如物理，生物，化学等多领域的知识与材料，开发出一些适用范围更广，灵敏度更高的生物检测技术，来应对新时代科研的需要。近些年来，纳米技术取得了飞速的发展，它是研究于纳米尺寸（1-100nm）的物质和设备的设计方法、组成、特性的应用科学，随着测量与表征技术的显著提高，它已成为具有集前沿性、交叉性和多学科特征的新兴研究领域。生物检测技术中所用到的材料就是属于纳米技术领域，其中量子点（Quantumdots，QDs）是很重要的一种荧光检测物质，它具有荧光激发谱宽、发射谱窄而对称、发射波长可调、抗

3、光漂白性好等光学性质，不仅具有自己的特点并且还弥补了传统荧光物质的不足，所以它在多个领域中已得到了广泛的应用。在量子点取得广泛应用的同时，纳米金属材料也在的应用中展露了头角，由于具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等等[1，2]，它在许多生物、物理、化学领域也得到了广泛的应用。纳米金属颗粒和量子点之间的等离子体共振效应，会对量子点的荧光强度产生增强的作用。人们可以利用荧光增强作用来更进一步的提高量子点作为荧光检测物质的灵敏度，从而适应生物检测领域更高更精准的需要。77本章将重点对量子点和

4、纳米金属颗粒以及它们相互作用的研究概况进行简要介绍，主要包括量子点的特性以及应用，纳米金属颗粒的性质以及应用，量子点和纳米金属颗粒之间的等离子体共振效应、金属荧光增强效应以及它们的产生原理和在生物，化学检测领域的应用。1华中科技大学硕士学位论文1.2金属增强荧光作用金属纳米粒子内部的等离子体共振作用，可以使其表面附近荧光物质的荧光强度显著增强，这一现象被称为金属增强荧光（MEF）[3-6]。一般情况下荧光团都是在自由空间中被检测的，即荧光团所辐射的能量可以被认为进入均匀的介质中。当金属纳米粒子出现在荧光团

5、辐射能量的范围内时，该金属纳米颗粒的等离子体共振电磁场，可以改变它周围辐射介质对荧光的衰减率，从而增加共振能量转移的程度。荧光物质置于金属纳米颗粒附近合适的距离时，金属纳米颗粒的存在引起荧光物质总辐射衰减率增加，提高荧光团的荧光量子产率，缩短它的荧光寿命，如图1，Jablonski能级图描述了金属纳米颗粒在金属增强荧光中的作用[5]。这个结果是由有激发光激发的荧光团与金属纳米颗粒的表面等离子体电子之间的相互作用所导致[7]。77图1.1在自由空间条件(a)和金属颗粒、岛状离子或溶胶存在时(b)的Jablo

6、nski能级图[5]Fig1.1ClassicalJablonskidiagramforthefree-spacecondition(a)andthemodifiedforminthepresenceofmetallicparticles,islandsorcolloids(b)[5]1.2.1金属纳米颗粒的等离子体共振效应金属纳米颗粒由于具有量子效应、小尺寸效应等特殊的性质，从而表现出不同于块状金属的光学、电学、磁学等性质，在这些性质中，其特殊的光学性质为人们所利用得最多。金属纳米颗粒的一个很重要的光学

7、性质是它的表面等离子体共振效应，它由于这个效应，可以在某些可见光区域表现出块状的金属材料无法观测到的吸收带。这是由于当有入射光照射它时，它的导带电子会摆动。在一般的颗粒中，其电子本身振荡频率主要由电子云的密度、有效电子质量、电荷分布形状以及尺寸所决定。图2华中科技大学硕士学位论文1.2是金属纳米颗粒的等离子体共振的示意图[5]。金属纳米颗粒电磁场电子云77[5]图1.2金属纳米颗粒的等离子体示意图Fig1.2Schematicillustrationofplasmonoscillationformetal

8、nano-particles[5]一些贵金属纳米颗粒，如金、银等，在可见光区域可以观察到很强的等离子体共振现象，而其他一些金属一般在紫外光区域内可以呈现较宽的弱吸收带，这种差异与其本身等离子体跃迁有关[8]。金、银等金属纳米颗粒表面的等离子体共振吸收峰所对应的波长以及半峰宽都与粒子的尺寸、形状以及所处的环境有较大的关系。金、银等纳米颗粒的小尺寸效应对其等离子体共振吸收峰有一定影响。当该金属纳米颗粒的尺寸小于所吸收的光波长时，在