空间调制干涉型阿达玛变换光谱成像仪

简要叙述了色散型阿达玛变换光谱成像仪的原理及仪器构成,指出其存在空间信息与光谱信息的错位和光谱分辨率受阿达玛编码模板码元宽度制约的缺陷.提出空间调制干涉型阿达玛变换光谱成像技术原理及仪器,利用横向剪切干涉仪获得所有阿达玛编码光信息在不同光程差处的干涉信号,对干涉谱进行傅哩叶变换和阿达玛变换得到目标的光谱.理论分析表明,干涉图的调制度不受阿达玛模板形状、大小等因素的影响,光谱分辨率与阿达玛模板的尺寸无关,不但避免了色散型阿达玛变换光谱成像仪中空间信息和光谱信息的错位,而且高能量通过率、高空间分辨率和高光谱分辨率成像容易同时实现.     

荧光硅量子点作为叶面光肥提高生菜对光能利用率的机理研究

采用水热法制备了荧光硅量子点。通过透射电镜、红外光谱、X射线光电子能谱、光致激发和发射光谱及荧光衰减曲线等手段对样品形貌及发光性能进行了研究。通过生菜种植实验,研究了荧光硅量子点作为叶面光肥提高生菜对光能利用效率的效应。实验结果表明,透射电镜测得所制备的荧光硅量子点尺寸均一,平均尺寸为3.6 nm。傅里叶红外变换光谱及X射线光电子能谱表明该量子点表面具有丰富的含氧官能团,因而具有优异分水散性。光致荧光光谱表明,该量子点的最佳激发和发射峰位分别为385 nm和450 nm,且不具备激发波长依赖特性。荧光硅量子点与生菜的离体叶绿体复合后发现,荧光强度下降但激发态寿命基本不变,同时,复合物对2,6-二氯酚靛酚的还原速率提高。以上结果表明,荧光硅量子点与叶绿体复合时产生了内滤效应,生菜的叶绿体吸收了硅量子点发射的蓝光用于光合作用,从而使生菜的干鲜重均得到了显著性提高。通过叶绿素荧光成像实验进一步验证了喷施荧光硅量子点叶面光肥时生菜的光合作用速率得到了提高。     

DNA纳米传感器荧光成像技术

把基于量子点的DNA纳米传感器模型应用到ICCD荧光显微成像系统中,利用量子点的量子产率高、荧光寿命长、激发谱宽而发射谱窄、发射波长可由材料尺寸调谐等特性,以量子点为供体,Cy5(一种小分子荧光染料)为受体,结合ICCD系统的全内反射荧光成像功能、实时成像功能和双通道成像功能,证实了DNA纳米传感器可以在溶液中检测到含30个碱基的单链目标DNA片段。实时拍摄了溶液中链霉亲和素包被的量子点对两头分别连着Cy5和生物素的单链DNA片段(Cy5-ssDNA-Biotin)的捕获过程。并在活的中国仓鼠卵巢细胞样品中加入链霉亲和素包被的量子点和Cy5-ssDNA-Biotin进行实时荧光成像,拍摄到链霉亲和素包被的量子点和Cy5-ssDNA-Biotin进入细胞中并发生FRET的过程,初步表明了DNA纳米传感器在活细胞内进行DNA(或RNA)片段检测的可行性。     

水溶性CdTe量子点的稳态和纳秒时间分辨光致发光光谱

报道了以飞秒脉冲激光为激发光源的水溶性CdTe量子点(QDs)的稳态荧光光谱和纳秒时间分辨荧光光谱.实验发现CdTe量子点的荧光光谱峰值位置随激发波长变化发生明显移动，激发脉冲波长越长，荧光峰位红移越大.荧光动力学实验数据显示，在400nm和800nm脉冲激光激发下，水溶性CdTe量子点的荧光光谱中均含有激子态和诱捕态两个衰减成分，两者的发射峰相距很近，诱捕态的发射峰波长较长.在800nm脉冲激光激发下的诱捕态成分占总荧光强度的比重比400nm激发下的约高3倍，其相对强度的这种变化导致了稳态荧光发射峰位的红移. 关键词： CdTe 量子点 时间分辨 荧光光谱 上转换荧光     

谷胱甘肽包被的CdSe/CdS量子点的直接水相制备及其对人血淋巴细胞的标记成像

首次用谷胱甘肽(GSH)作为稳定剂,在水溶液中制备了稳定地发射绿色荧光和橙色荧光的两种 CdSe/CdS核/壳结构的纳米量子点。用紫外-可见分光光度和荧光光谱方法研究了CdSe/CdS量子点的发光特性。透射电镜(TEM)结果表明CdSe/CdS量子点近似球形,在水中分散性良好,比CdSe量子点具有更优异的发光特性,发射光谱和吸收光谱都有红移现象。将CdSe/CdS量子点与鼠抗人CD3抗体连接,制备了水溶性CdSe/CdS-CD3复合物探针,对人血淋巴细胞进行标记和成像。结果表明用该探针对人血淋巴细胞成像清晰,其荧光在30 min的连续蓝光激发下无明显衰退,而FITC荧光在20 min内基本完全猝灭。     

叶酸修饰的AgInS2量子点在体外癌细胞成像上的应用

成功制备出高品质的三元AgInS₂量子点。通过配体交换法将油溶性AgInS₂量子点转为水溶性量子点, 通过dBSA修饰水溶性量子点形成配位体壳, 使量子点具有更好的稳定性(4周)。从透射电子显微镜(TEM)观察到dBSA修饰后的量子点的粒径增加, 分散性较好, 并且在可见光区域有明显的光致发光。用叶酸对dBSA-MPA量子点进行修饰, 并通过傅立叶变换红外光谱进行了验证。将得到的FA-dBSA-MPA纳米复合材料应用于能与叶酸受体特异性结合的乳腺癌细胞中, 并在荧光倒置显微镜中检测到量子点成功对乳腺癌细胞进行了标记。与dBSA-MPA量子点相比, 表面被叶酸修饰后的量子点与癌细胞的结合效率显著提高。     

叶酸修饰的AgInS_2量子点在体外癌细胞成像上的应用（英文）

成功制备出高品质的三元Ag In S2量子点。通过配体交换法将油溶性Ag In S2量子点转为水溶性量子点,通过d BSA修饰水溶性量子点形成配位体壳,使量子点具有更好的稳定性(4周)。从透射电子显微镜(TEM)观察到d BSA修饰后的量子点的粒径增加,分散性较好,并且在可见光区域有明显的光致发光。用叶酸对d BSA-MPA量子点进行修饰,并通过傅立叶变换红外光谱进行了验证。将得到的FA-d BSA-MPA纳米复合材料应用于能与叶酸受体特异性结合的乳腺癌细胞中,并在荧光倒置显微镜中检测到量子点成功对乳腺癌细胞进行了标记。与d BSA-MPA量子点相比,表面被叶酸修饰后的量子点与癌细胞的结合效率显著提高。     

荧光显微镜自组实验设计

利用光学支架、透镜、滤光片、平移台等在光学面包板上组装了荧光显微镜,组装仪器是集白光照明成像、激光激发荧光成像、荧光光谱探测等功能于一体的开放式系统.利用光学分辨率板白光照明条件下测量了荧光显微镜的空间分辨能力,采集了荧光样品CdTe/CdS量子点的荧光光谱和荧光图像.     

阿达玛变换光谱仪狭缝衍射的编码修正

根据阿达玛变换光谱仪的原理与狭缝衍射特性,分析了光谱仪入射狭缝衍射对阿达玛变换光谱仪测量结果造成影响,对衍射情况下的阿达玛变换光谱仪的仪器结构矩阵进行了研究,得出了衍射情况下阿达玛变换光谱仪的编/解码方法,通过对入射光谱的还原分析,验证了编码/解码的正确性。该方法对阿达玛变换光谱仪的高精度光谱测量具有重要意义。     

荧光发射强度影响因素及荧光猝灭实验研究

荧光发射强度在荧光显微术科学观测中至关重要。理论分析了三大影响荧光发射强度的重要因素:分子吸收激发光光子的能力、荧光量子产量及其荧光饱和与荧光猝灭,指出选择具有大光吸收截面和高量子产量的荧光分子,能有效保证荧光发射强度;确定合理的激发光强度范围,可避免不必要的荧光饱和现象。进一步实验研究了超高真空和大气环境下的荧光猝灭现象,得出超高真空时荧光分子的荧光猝灭现象极不明显,而大气环境可造成荧光光强指数递减的结论。     

CdTe量子点与罗丹明B水溶液体系下的双光子激发荧光共振能量转移

采用时间分辨荧光光谱技术研究了在双光子激发下不同尺寸的量子点与罗丹明B 之间的荧光共振能量转移. 研究结果表明, 在800 nm的双光子激发条件下, 体系间能量转移效率随着供体吸收光谱与受体荧光光谱的光谱重叠程度增加而增加; 理论分析表明, 供体和受体间的Förster半径增加是导致其双光子能量转移效率增大的物理原因. 同时, 研究了罗丹明B浓度对荧光共振能量转移效率的影响. 研究结果表明, 量子点的荧光寿命随着罗丹明B浓度的增加而减小; 量子点与罗丹明B之间的荧光共振能量转移效率随着罗丹明B浓度的增加而增加; 当罗丹明B浓度为3.0×10^-5 mol·L^-1时, 双光子荧光共振能量转移效率为40.1%.     

生物相容性量子点的表征及其在细胞标记中的应用

利用无机低温水相合成法制备表面包覆L-半胱氨酸的CdTe/ZnTe核壳型量子点,测量不同溶液以及激发功率激光作用下该量子点的光谱特性。结果表明,该量子点吸收谱和荧光光谱峰值位置不随pH值变化,而荧光光强随pH值升高呈近似线性上升趋势;不同缓冲液对该量子点荧光光强无影响,但随孵育时间延长,荧光强度略有下降;在强激光照射下QDs会被快速光漂白,选择适当的激光功率(<100 μW),可降低漂白速率,实现长时间稳定测量。因此,该量子点具有较好的生物稳定性和光稳定性,将其与血铁蛋白相连形成靶向共轭纳米粒,可成功用于HeLa细胞标记。细胞内量子点光漂白实验表明,细胞微环境会影响量子点的光稳定性,加速量子点的光漂白。     

Study on the Intracellular Fate of Tat Peptide-Conjugated Quantum Dots by Spectroscopic Investigation

The photoluminescence (PL) spectrum of water-soluble thiol-capped CdTe quantum dots (QDs) conjugated with Tat peptide in solution showed a remarkable redshift as compared to that of unconjugated QDs. After cellular uptake of the Tat-QDs conjugates, the micro-PL spectrum of Tat-QDs in lysosomes showed a spectral blueshift, which was most probably due to the fact that Tat peptide was digested by the enzymes, leaving the Tat-detached QDs in lysosomes. The reasons for the spectral changes have been discussed in detail.     

An inhomogeneous theoretical model for analysis of PbSe quantum-dot-doped fiber amplifier

Optical fiber doped with lead salts quantum dots (QDs) of different radii, has previously been proposed as a wide-band amplifier in the optical communication range. The emission and absorption spectra of QDs are size-dependent. Optical fiber amplifier doped with QDs of different sizes is an inhomogeneous gain medium. This inhomogeneity is the principle of operation of wide-band quantum-dot-doped fiber amplifiers (QDFAs). To study the effects of inhomogeneity such as spectral hole burning on the amplifier behavior, a fiber amplifier with an arbitrary size distribution of QDs is taken into consideration. The light propagation equations and rate equations for the inhomogeneous medium are presented. To investigate the gain spectrum, the amplifier bandwidth and the spectral hole burning effect on the amplifier behavior, the system of governing equations for the steady-state regime of operation are solved and numerical results are presented.     

自组织量子点的量子态光学探测

半导体量子点主要包括在真空中外延生长的自组织量子点和在溶液中采用化学方法合成的胶体量子点,由于量子限制效应所导致的分立能级结构使得它们通常被称为“人工原子”。和自然原子不同,半导体量子点的能级结构强烈依赖于其尺寸和形状,这样就提供了更为灵活的方法来控制固体材料中的光与材料的相互作用。近年来,许多类原子的量子光学现象(包括量子干涉、Rabi振荡和Mollow荧光)都已经在单个的自组织量子点中揭示出来。与此形成对比的是,上述所有的类原子量子光学特性目前还没有在单个的胶体量子点中观察得到。在本文中,我们将侧重于介绍我们科研组以及我们和别的科研组合作对单个自组织量子点的单量子态在光学探测和相干控制方面完成的一系列工作。对单个的胶体量子点,我们认为量子相干特性的测量和控制将在新近合成的非荧光闪烁或荧光闪烁得到抑制的材料体系中得以实现.     

CdS量子点的酿酒酵母仿生合成及光谱表征

以酿酒酵母为载体,常温下利用仿生法成功合成了CdS量子点。荧光发射光谱、紫外吸收光谱以及荧光显微镜照片证明,该方法合成的CdS量子点的荧光发射峰位置在443nm,在紫外灯下能发蓝绿色荧光。透射电子显微镜(TEM)表征结果表明,该仿生法合成的CdS量子点为六方纤锌矿结构。以荧光发射和紫外吸收光谱为性能指标,考察了酿酒酵母生长时期、Cd2+的反应浓度以及反应时间等条件对合成CdS量子点的影响。当酿酒酵母处于生长稳定期初期时,与浓度为0.5mmol.L-1的Cd2+共培养24h后所合成的CdS量子点荧光最强。实验中观察到,换液培养可有效提高酿酒酵母合成CdS量子点的产量。     

Fluorescence Analysis with Quantum Dot Probes for Hepatoma Under One- and Two-Photon Excitation

A new class of fluorescent probe produced by conjugating semiconductor quantum dots (QDs) with protein molecule is proposed as an alternative to conventional organic labels. However the fluorescence characteristics of the QD bioconjugates are not clear while they are excitied with one- or two-photon laser pulse. We synthesized specific immunofluorescent probes by linking QDs to alpha fetoprotein (AFP) antibody for specific binding alpha-fetoprotein -an important marker for hepatocellular carcinoma cell lines, and archived specific fluorescence detection with the QDs-Anti-AFP in nude mice. Then, we have analyzed the fluorescence characteristics of QDs-Anti-AFP and original QDs both under one- and two-photon excitations. The results demonstrated that QDs-Anti-AFP's fluorescent spectral and lifetime haven't varied much from that of original QDs. Moreover, QDs-Anti-AFP have exhibited higher fluorescence efficiency than QDs under two-photon examination.     

利用N型半导体纳米材料抑制单量子点的荧光闪烁特性

利用N型半导体纳米材料氧化铟锡(ITO)作为单CdSe/ZnS量子点的基质来抑制单量子点的荧光闪烁特性. 实验采用激光扫描共聚焦显微成像系统测量了单量子点荧光的亮、暗态持续时间的概率密度分布的指数截止的幂律特性, 并与直接吸附在SiO₂玻片上的单CdSe/ZnS量子点的荧光特性进行比较. 研究发现处于ITO中的单量子点比SiO₂玻片上的单量子点荧光亮态持续时间提高两个数量级, 掺杂于ITO中的单量子点的荧光寿命约减小为SiO₂玻片上的单量子点的荧光寿命的41%, 并且寿命分布宽度变小50%.     

Steady State and Time Resolved Spectroscopic Study of CdSe and CdSe/ZnS QDs:FRET Approach

This article highlights some physical studies on the relaxation dynamics and Förster resonance energy transfer (FRET) of semiconductor quantum dots (QDs) to proximal dye molecule and the way these phenomena change with core to core-shell QD is discussed. Efforts to understand the optical and carrier relaxation dynamics of CdSe and CdSe/ZnS QDs are made by using absorption, steady-state fluorescence and time-resolved fluorescence (TCSPC) techniques. Steady-state as well as time-resolved fluorescence measurements were employed to evaluate the QD PL quenching induced by the proximal Rhodamine 101 dye molecule and to examine the influence of deep trap states on energy transfer efficiency. The FRET parameters such as spectral overlap, Förster distance, intermolecular distance for each donor-acceptor pair are determined and variation of these parameters from core to core-shell QD is discussed.     

自组织量子点的量子态光学探测(英文)

半导体量子点主要包括在真空中外延生长的自组织量子点和在溶液中采用化学方法合成的胶体量子点,由于量子限制效应所导致的分立能级结构使得它们通常被称为"人工原子"。和自然原子不同,半导体量子点的能级结构强烈依赖于其尺寸和形状,这样就提供了更为灵活的方法来控制固体材料中的光与材料的相互作用。近年来,许多类原子的量子光学现象(包括量子干涉、Rabi振荡和Mollow荧光)都已经在单个的自组织量子点中揭示出来。与此形成对比的是,上述所有的类原子量子光学特性目前还没有在单个的胶体量子点中观察得到。在本文中,我们将侧重于介绍我们科研组以及我们和别的科研组合作对单个自组织量子点的单量子态在光学探测和相干控制方面完成的一系列工作。对单个的胶体量子点,我们认为量子相干特性的测量和控制将在新近合成的非荧光闪烁或荧光闪烁得到抑制的材料体系中得以实现。