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1、102010,Vol.27No.10化学与生物工程Chemistry&Bioengineering量子点的合成及表面修饰12代泽琴,冯广卫(1.贵阳医学院分析测试中心,贵州贵阳550004;2.贵阳医学院化学教研室,贵州贵阳550004)摘要:量子点在生物学及生物医学中的应用是当今纳米技术领域中快速发展的研究方向。与传统的有机荧光染料相比,量子点发光的长程稳定性和同时探测多色信号的能力使其在生物成像和生物传感方面具有广泛的应用。概述了量子点的结构及合成方法,并介绍了量子点表面修饰的研究进展。关键词:量子点;合成;表面修饰中图分类号:O614
2、文献标识码:A文章编号:1672-5425(2010)10-0010-04量子点(QDs)是一种零维半导体纳米晶体,近似晶体表面。这样大的表面体积比使量子点表面存在大球型,直径1~12nm,可分散于水或有机溶剂中形成量晶体缺陷,从而使无辐射的电子-空穴复合比例增胶体。由于量子点的尺寸接近甚至小于相应半导体体加、荧光效率降低。另外,大的表面体积比使晶体表面相材料的激子(电子-空穴对)Bohr半径,受激发时产存在大量悬空键,导致晶体结构非常不稳定而易于发生的电子和空穴被限制在狭小的三维空间,因而表现生晶体聚集甚至光化学降解。
3、在量子点核外外延生长出量子限制效应,具有独特的光学性质。量子点通常具有较大禁带宽度的半导体层,可以同时消除量子点由、!∀、#和∃%族元素组成。表面的阴、阳离子悬空键,还可将受激发产生的电子与量子点具有量子化的价带和导带,其能量取决于空穴限制在核内,减少因核表面缺陷而导致的无辐射[2]纳米晶体的粒径大小。量子化的能带能量导致分立复合,从而提高荧光发射的强度和量子产率。用无的、依赖于量子点尺寸的发射光谱,从而获得一种可精机包覆层对核表面进行钝化或包覆,形成的核/壳结构确调节荧光发射波长的发射体。如半导体CdSe禁带可以增强量子点的抗光氧化能
4、力、提高化学和热力学宽度为1.7eV(发射波长相当于730nm),当CdSe的稳定性。粒径在2~7nm之间改变时,其荧光发射波长可在根据核壳半导体的导带和价带之间相对能量的高450~650nm之间变化。低,核/壳结构可分为Type∃和Type两种类型。有机荧光分子作为生物标签广泛应用于生物分子当壳(禁带宽度较大的半导体)的导带能量高于核(禁及细胞的荧光检测和成像。与传统的有机染色剂相带宽度较小的半导体)的导带能量、壳的价带能量低于比,量子点的光致发光,其荧光具有如下特征:低波长核的价带能量时为Type∃型核/壳结构,此时电子和方向的宽带吸
5、收、可调的发射光谱、窄而对称的发射空穴被限制在核内,因此,Type∃型核/壳结构的发峰、较强的抗光降解和化学降解能力、耐光漂白作用。射波长与核相比只有略微的红移;在Type型核/壳[1,2]量子点独特的荧光特性使其可作为荧光探针结构中,核的导带和价带能量同时高于或低于相应的与生物分子(如多肽、抗体、核酸等)结合,用于多色荧壳的导带和价带能量,此时电子和空穴被分别限制在光标记的活体细胞成像,蛋白质、病毒或酶的跟踪监测核或壳中,由于激子在空间上的分离,使得Type结和DNA分析,生物传感,疾病诊断等。构比Type∃具有更多特异的性质。如T
6、ype结构的发射波长处于近红外区(700~1300nm),理论上,1量子点的结构Type结构适合作为活体IR探针进行生物成像,可由于量子具有较小的尺寸,因而有大量原子处于避免生物体背景荧光的干扰,提高对比度,增强发射光收稿日期:2010-06-04作者简介:代泽琴(1972-),女,贵州贵阳人,实验师,主要从事无机化学研究;通讯作者:冯广卫,副教授。Email:fengguangwei@gmc.edu.cn。11代泽琴等:量子点的合成及表面修饰/2010年第10期穿透生物体组织的能力。子点。随后,人们用金属有机合成法合成了不同核/壳结
7、构的量子点,使其在室温下的荧光量子产率达50%2量子点的合成[9]~85%。量子点吸收光谱特征以及发射光谱的发射峰位目前,制备具有高质量荧光发射的水溶性量子点,置、强度、半高峰宽、荧光效率和摩尔吸光系数均与量寻找适当的配位剂或包覆化合物对油溶性量子点进行子点的组成、粒径和尺寸分布密切相关。因此,运用适表面处理以提高其稳定性、水溶性和生物相容性,成为当的方法,合成出具有较小尺寸分布(直径的RSD<量子点应用研究的重要方面。5%)、粒径与荧光性质匹配的量子点成为量子点应用2.2水相合成法研究的基础。水相合成法采用传统无机化学的方法,大多以巯量子点
8、的合成方法包括外延技术(如MBE、基化合物[如巯基乙醇、巯基乙酸、2(二甲基氨基)乙[8,10]MOVPE、LPE和ELO等)和化学方
