量子点生物共轭机理研究

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1、更多免费资料请访问：豆丁教育百科量子点生物共轭机理研究作者：张龙导师：胡新跟教授摘要：本文详细的总结了量子点合成及水溶剂化方面的方法和机理发展，并论述了量子点由于其独特的光学性质及其如何通过一系列的修饰从而应用于生物领域。关键词:量子点，共轭，水溶剂化，机理1介绍在纳米技术领域中有一个方面发展迅速并引起人们广泛关注的就是量子点在生物方面的应用。传统的基于有机分子的荧光标记物由于缺乏长期的稳定性和不能同时检测多种信号,而量子点由于其独特的光学性质在各种生物研究中作为活体内和活体外荧光标记物受到了极大的关注。通过把量子点水溶剂化并且靶向作用于特定点生物分子将使其有可能应用在细胞标记，深度组织图像，

2、免疫标记和作为有效的荧光共振能量转移给体[1]等领域中。量子点众多的性质中，生物领域的研究人员主要关注量子点的以下方面的性质:a）高量子产率；b)高摩尔消光系数（～10-100ⅹ有机染料的消光系数）[2-3]；c)具有窄、对称的光致发光宽吸收谱（FWHM:25-40nm）；d)可从紫外区到近红外区来进行扫描；e)较大的斯托克位移；f)光/化学稳定性[4-8]。与有机分子燃料相比，量子点有两个特殊的优点:Ⅰ)可以通过调节量子点的尺寸来改变荧光的发射的发射波长；Ⅱ)宽激发更多免费资料请访问：豆丁教育百科更多免费资料请访问：豆丁教育百科谱。正是这些独特的光学性质吸引了来自化学，材料，生物，医学等各领

3、域的科学家的关注。2合成基于反应介质的不同，QDs的合成可以分为有机相路线和极性溶液液相路线（主要是水相路线）[9].有机相路线最早由Murrayetal.[10]在1993年发现，但是他使用了剧毒的，室温下不稳定且较为昂贵的有机金属氧化物Cd(CH3)2作为反应的前驱体,后来pengetal.[11-12]等使用CdO、镉盐和弱酸取代了Cd(CH3)2反应的前躯体并获得了较高的量子产率。在液相合成中主要采用可溶性的镉盐作为反应的前驱体，而产物由于较差的稳定性和较低的量子产率而仍处于改进中，主要集中在如何使其获得水溶性的配体修饰方面。3稳定及水溶剂化机理及影响因素生物应用需要高质量尺寸分布均匀

4、的水溶性量子点，但是在水相中合成的量子点通常尺寸大小可控制的范围较为狭窄而合成出的量子点总的尺寸分布较宽（导致FWHM较宽），在高温有机相中合成的量子点是单分散的（会使FWHM变窄）而且可以通过简单的改变量子点的尺寸、组成、结构来调节从紫外区到近红外区光发射的颜色。但是有一点就是不溶于水。因此当前面临的一个主要的问题就是如何将量子点水溶剂化并且在生物反应中保持活性。单核量子点表面存在悬键，容易氧化，不稳定且表面存在大量的非辐射复合中心从而导致发光效率较低、FWHM太宽，因此可以在量子点核外包覆一层壳。例如CdSe核外包覆一层ZnS壳，ZnS层主要有三个作用：a)使量子点内核表面钝化；b）减少或

5、使量子点内核受周围环境的影响；c)很大程度上改善量子产率[5,12]更多免费资料请访问：豆丁教育百科更多免费资料请访问：豆丁教育百科。通常薄的ZnS层（通常1-2个单层）壳通常可以得到很好的量子产率；而厚的ZnS(通常4-6个单层)可以更好的保护核CdSe免于被氧化和应对生物介质中（例如：酸性的缓冲液，细胞器中）剧烈的条件。通过高温有机相路线制备的量子点本身没有液相的溶解能力，因此将其转化到液相中需要亲水的配体使之表面功能化。通常有三种方法：a)帽交换:主要依靠量的优势驱动,用亲水性配体通过相转移到液相来达到表面功能化，这种方式的作用机理是用双功能化的配体取代最初的TOP/TOPO配体覆盖物，

6、这种双功能化配体主要由两部分构成：一端固定在无机量子点表面（例如：-SH），另一端是亲水性的基团（例如：-OH,-COOH）以获得水溶性，这些配体包括巯基及一系列的膦的单齿和多齿配体；b）装入方式，主要由TOP/TOPO包覆的量子点的疏水吸附驱动，这种方式的作用机理主要是聚合的硅壳的形成，在聚合的硅壳中内层是巯基，外层是亲水性的基团，通过聚合的硅壳来达到将量子点装入的目的；c)合成新的配体，这些新合成的配体往往只是为了某些特定的用途，这种方法保存了最初的量子点表面的TOP/TOPO配体，使用二嵌段或三嵌段聚合物的两亲分子的变体来通过疏水作用插入和相互交叉来使其获得亲水性，亲水性的外层部分可以使

7、量子点获得液相分散和衍生化[11]。以上这些配体的主要有三个方面的作用：a)维持结晶量子点的水溶性；b）提供了可以连接到生物分子上的位点；c)隔离/钝化/保护量子点表面免于受到剧烈的生理介质环境的影响。考虑到实际中量子点各种潜在的应用的不同需求，每一种方法及策略都需要仔细的衡量和比较各自的优点与不足，例如:整齐填满的单巯基配体量子点尽管合成简单，但是保存寿命较短（<1周），这是由于Thiol-Zn