掺杂类量子点在生物医疗检验及疾病诊治中的应用研究

《掺杂类量子点在生物医疗检验及疾病诊治中的应用研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、掺杂类量子点在生物医疗检验及疾病诊治中的应用研究第一章量子点的合成与应用研究进展与传统材料相比，纳米材料所具有的特殊尺寸效应，使其在许多领域都表现出了非常优越的性质，特别是在光、电和磁等方面。纳米技术是各学科发展的一个交汇点，因此纳米技术能够很容易地延伸至材料、化学、物理、生物、光学等许多学科领域，并发展成为纳米材料学、纳米化学、纳米物理学、纳米生物学和纳米光学等一系列相对独立的学科。荧光半导体纳米材料是目前纳米材料研究中非常热门的领域。由于其具有独特的光学、电学和表面可修饰性等特点，已被广泛应用于物理、化学、电学和生物

2、学领域，尤其是作为荧光标记物在生物学领域的应用最为广泛。本章中，我们将简单地介绍量子点及过渡金属掺杂型量子点的物理化学性质，然后重点介绍近年来过渡金属掺杂型量子点在合成与生物医学领域的研究进展，最后给出本论文研究工作的意义及研究重点。第一节量子点的基本性质量子点又称半导体纳米颗粒，也称半导体纳米晶，是准零维的纳米材料。目前研究较多的量子点是由II-VI族元素（CdSe、CdTe、ZnSe、ZnS等）和III-V族元素（InP、InAs等）组成的纳米颗粒，也有少数是IV-VI族元素（PbS、PbSe等）组成的核壳结构的量子

3、点。量子点所具有的独特性质是基于它自身的量子效应，当颗粒尺寸进入纳米量级时，尺寸限域将引起尺寸效应、表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应，从而展现出许多不同于宏观材料的光学性质[1]。1.1.1荧光激发和发射光谱图1.1是有机染料Rhodamine6G和量子点QD510的紫外吸收光谱和荧光发射光谱[2]。与传统的有机染料相比，量子点的吸收光谱更宽而且连续分布。激发和发射光谱之间的斯托克斯位移较大，能够有效避免激发光谱与发射光谱的重叠。这样就实现了在单一波长光源下同时激发不同颜色的量子点，可以产生多波段同时发射的荧光，这

4、将非常有利于在多元分析中实现单激发光源下的多色探测、成像和定量分析的应用[3]。量子点具有窄而对称的荧光发射光谱，而且控制条件非常简单。可以通过改变粒子的尺寸，使发射光的波长改变，以致覆盖整个可见光区甚至是红外光区，尺寸越小，发射光波长越小[4,5]。因此用不同颜色的量子点标记生物分子时，荧光光谱易于识别分析，同时也可以用于多种成分同时成像。1.1.2光稳定性经过一定时间的光照射，传统的有机染料或荧光团的光会减弱，而量子点是一种惰性的无机材料，通常有一层外壳包裹着，因而具有很好的光稳定性[6]。光稳定性对于荧光材料在荧光

5、成像应用中是一个极为重要的特性。鉴于这种耐光漂白的稳定性，量子点更加适用于研究细胞中不同生物分子之间的长期相互作用，药物在人体细胞中的代谢，以及对不同深度层面的细胞和生物组织进行长时间的共聚焦显微成像等领域。1.1.3荧光寿命半导体量子点的荧光寿命通常在几十到几百纳秒之间，这远远大于生物体的自体荧光团的荧光寿命和普通的有机荧光染料的荧光寿命（几个纳秒）。生物体的自发荧光是生物样品中荧光背景噪声的主要之一。因为量子点的荧光寿命长，通过采用时间分辨的办法很容易使量子点的荧光从背景荧光中分离出来[7]。然而，典型的有机荧光染料

6、的荧光寿命很短，不易与背景荧光分离。量子点被激发后具有长的荧光寿命，这在时间分辩成像领域具有明显的优势。1.1.4表面化学可塑性和良好的生物相容性通常情况下，量子点和荧光染料在使用前都需要进行表面修饰后才能应用于生物荧光标记。量子点具有非常灵活的表面可修饰性，我们可以方便的对其表面进行化学改性以适应于有机相或水相应用的需要。对其进行表面改性之后，量子点可以应用于光学器件、光电应用等其它领域[8-11]。量子点的比表面积非常大可以进行多元化的化学修饰，而且量子点的尺寸在纳米级也可以使其在细胞内部进行一定程度的运动。量子点进

7、行表面修饰后，可以与抗原、抗体、各种生物分子及细胞进行特异性连接，这样就可以进行生物活体标记和检测，而传统的有机荧光染料一般生物相容性较差。第二章Mn:ZnSe量子点荧光探针用于前列腺癌细胞的荧光成像前列腺癌是男性常见的恶性肿瘤之一，其发病率位于全球男性癌症发病率的第三位，病死率的第六位。根据统计资料显示,前列腺癌发病率和病死率存在明显的地区差异，美国、欧洲和澳洲是前列腺癌的高发地区，而亚洲是相对低发地区[1]。但随着人均寿命的延长，膳食结构的改变和诊断技术的提高，我国前列腺癌的发病率正在逐年升高。前列腺癌的早期诊断是目

8、前临床上关注的焦点。目前,对前列腺癌的临床诊断技术主要有前列腺特异性抗原(prostate-specificantigen,PSA)、直肠指检(DRE)、影像学检查和前列腺穿刺活检等[2-4]。但近年来，对以血清PSA作为前列腺癌的检测存有争议。PSA是一个组织特异性而非肿瘤特异性标志物，受诸多因素的影响，缺乏癌症诊