分析检测中量子点的应用

分析检测中量子点的应用引言：近年来，量子点被广泛应用于分析检测中。本文将简单介绍量子点独特的化学，物理特性以及总结其在生物化学，药物研究，基因检测，分子生物学，蛋白质组学等方面的研究进展。一，量子点的基本介绍量子点(quantumdot)是准零维(quasi-zero-dimensional)的纳米材料，又称半导体纳米微晶粒，由二到四族或三到五族元素组成，目前研究应用较多的是Cdx(X=S,Se,Te)。量子点的特性基于量子效应，它三个维度的尺寸大小属于纳米级（小于100nm）,其内部电子在各方向上的运动都受到局限，这引起了量子限域效应，表面效应，尺寸效应等特性。量子点的光学特性有：通过改变量子点的尺寸大小控制其发射光谱。改变量子点的大小和化学组成可使其发射光谱覆盖整个可见光区。如CdTe,当它的尺寸从2.5nm增长到4.0nm，发射光谱发生红移---510nm迁移到660nm.量子点的斯托克位移较大，荧光谱峰狭窄对称。这个特点使其区别于其他有机染料，可避免发射光谱和激发光谱发生重叠，利于进行荧光光谱检测。量子点的光稳定性很好，PH值，溶剂，温度等外界条件不影响其荧光光谱的结果。其信号用时间分辨技术来检测，背景强度不显著，可获得较高信噪比。所以对被标记物进行长时间检测时，量子点成为交优选择。④量子点的存活时间长。在光激发之后，量子点比有机荧光染剂能存在更长时间，因此得到的荧光信号峰无背景干扰。⑤生物相溶性好。通过化学方法对量子点进行各种修饰，使其的生物毒性降低，所以可以应用于多种生物检测。⑥量子点的激发光谱宽，发射光谱窄。这个特点使其的尺寸大小不同时，仍能用一个激发光源同时进行检测。二，量子点的物理特性有：1，表面效应:随着量子点粒径逐渐减小，多数原子处于量子点的表面，量子点的比表面积随之而增大。但纳米颗粒比表面积较大，表面相原子数增加，致使表面原子的配位缺乏、不饱和键增加．这使这些表面原子具有高的活性，极不稳定，很容易与其它原子结合。金属体材料的各种特征颜色是通过光反射呈现出，因为表面效应以及尺寸效应的影响使纳米金属颗粒的对光反射系数明显下降，所以纳米金属颗粒一般显黑色。基本规律为当粒径越小，呈现的颜色越深，即随着纳米颗粒光吸收能力的增强，将得到宽频带强吸收谱。2，量子限域效应:由于量子点与电子的DeBroglie波长、激子Bohr半径及相干波长可类比，电子被限制在纳米空间，电子输运受到限制，电子平均自由程很短，电子的局域性和相干性增强，将引起量子限域效应。对于量子点，当粒径3，宏观量子隧道效应传统特性材料和元件的物理尺寸比电子自由程大得多，所以我们观测到是群电子的输运行为，这种性质属于宏观物理量．但当微电子器件尺寸进一步细微化时，量子隧道效应产生的影响不可以被忽略。微电子技术发展的极限普遍认为是100nm，理由是电子在纳米尺度中会有明显的波动性，其量子效应将起主要功能．电子被限制在在纳米导电区域，电子在纳米空间中显现出的波动性产生了量子限域效应。4，量子尺寸效应:控制量子点的形状、结构和尺寸，就可以根据需要调节其能隙宽度、激子束缚能的大小以及能量蓝移等电子状态。随着量子点尺寸的逐渐减小，量子点的光吸收谱出现蓝移现象。尺寸越小，则谱蓝移现象也越显著，这就是量子尺寸效应。5，介电限域效应:纳米晶粒粒径的不断减小和比表面积不断增加等变化等，其表面状态的变化将会引起微粒性质的明显变化。例如，当在半导体纳米材料表面修饰一层某种介电常数较小的介质时，相对裸露于半导体纳米材料周围的其它介质而言，被包覆的纳米材料中电荷载体的电力线更易穿过这层包覆膜，从而导致它比没有任何保护的纳米材料的光学性质发生了较大的变化，这就是介电限域效应。当纳米材料与介质的介电常数值相差较大时，便产生明显的介电限域效应。三，量子点的应用1，在生物分析中的应用：前面说过量子点是荧光性质优异的无极半导体纳米颗粒，所以可作为新型荧光探针应用于生物分析。量子点的荧光产率特别高；而且具有生物修饰功能，量子点的表面可以修饰连接特异性生物分子通过共价作用，静电作用等。量子点可以用作生物芯片，利用的是其标记作用。还可以用作生物传感器，细胞成像等方面。2，在医学方面的应用：靶向药物传输，可以改造成针对癌细胞的特异性分子。用于光动力学治疗，量子点接受紫外线或红外线的能量后还可以与表层进入深层组织成像，且自身荧光效应影响小。可用于体内荧光成像。量子点还可用于病原体检测，标记追踪蛋白，检测病原体的感染路径。3，重金属含量的测定众所周知，重金属，如汞，银，铜等对生物体机能影响很大。所以食物或水源中的重金属含量测定至关重要。量子点的表面经过功能修饰之后即可提高分析方法的选择性。四，总结初了解量子点是本课第一次展示是我们小组拿到的文献的讨论对象。翻译文献时对于量子点的解释印象颇深，因此觉得此次论文的主题选为对量子点的定义，性质及应用的讨论。总结来说，量子点在分析检测中的应用是一种新型技术，而因其独特和优良的特性，量子点的应用范围将更加广泛，而起不足之处也将得到更多的改善。展望不久的明天，量子点生物化学的成熟将是科研工作者的极大挑战但也意味着新的机会。于智利10141512173