量子点制备与表面修饰

量子点具有荧光强度高、光化学稳定性高、可反复多次激发等优点,在生物医学以及新能源等方面有广阔的应用前景。本文介绍了量子点的制备与表面修饰,制备方法主要包括沉淀法、溶胶-凝胶法、微乳液法、水热法等,表面修饰方法主要有双功能团配体交换、硅烷化、聚合物包埋等。     

量子点生物传感器中的表面修饰技术及其医学应用

量子点作为一种新型的纳米发光材料已被广泛应用于生物学、材料学以及物理光学领域。基于量子点的荧光标记技术可以用于构建生物传感器,从而实现生物大分子或者是生物体内无机分子的快速、准确检测。量子点的表面修饰对于提高其荧光特性和降低生物毒性具有重要作用。现有的表面修饰技术主要分为多基配体表面修饰技术、双亲性分子表面修饰技术、树枝状分子表面修饰技术、巯基偶联表面修饰技术以及空穴-链式表面修饰技术等几大类。上述修饰技术各具优缺点,可用于组建不同类型的生物传感器,实现各种生物分子的离体检测与在体示踪但各具优缺点。本文就量子点生物传感器中的最新表面修饰技术及其医学应用进展作一综述。     

表面修饰CdTe量子点的合成及其光学特性

在水相中合成高发光性能的CdTe量子点,研究以巯基乙酸(TGA)为稳定剂对CdTe表面进行修饰,制备在水中分散性良好的纳米晶,通过对CdTe量子点合成反应条件的摸索,掌握了其合成的反应规律.同时用紫外分光光度计、荧光分光光度计和透射电子显微镜对其进行了表征.结果表明,回流时间、n(Cd²⁺):n(HTe^-)、反应物浓度、TGA用量、反应体系pH值,对纳米晶的光学性质具有显著影响.回流2 h制得的CdTe纳米粒子直径约为5 nm,其发射峰窄且对称,表现出良好稳定的光学性质.     

MAA修饰ZnO量子点及其发光特性

以ZnAc2·2H2O为原料,在乙醇中通过70℃回流4h,得到ZnO前驱物,与LiOH·H2O反应,制备出ZnO.采用巯基乙酸(mercaptoacetic acid,MAA)对所合成的ZnO进行表面修饰,修饰后的产物经SEM和XRD表征,证明获得了物相单一、近似球状、粒径为4.6nm的ZnO量子点.借助紫外-可见和荧光分析,研究了MAA对该量子点的修饰效果,探讨了设置条件下ZnO的发光机理和性质.发现该实验体系之所以产生荧光表面缺陷发射峰消失和激子发射峰明显增加的光学现象,是因为MAA有效地覆盖了ZnO的表面缺陷,并稳定包裹住ZnO粒子.同时还研究了MAA加量、温度、电解质对修饰产物发光性能的影响,发现经MAA修饰后的ZnO量子点具有较强的荧光发光性能、良好的长期陈放稳定性,以及一定的抗电解质影响能力.研究结果对ZnO量子点应用于生物分析具有重要参考价值.     

聚合物表面金属化修饰研究进展

聚合物表面的金属化修饰是一项应用十分广泛的技术,其在保持了聚合物材料质轻易加工特点的同时赋予制品表面美观、耐磨、机械强度高、电学、热学等新的特点,已成为聚合物表面精细化加工的重要手段。经过表面金属化修饰的聚合物材料,具有极高的应用价值和广阔的市场前景,在生产和生活的各个领域都发挥着重要的作用,近年来发展很快。本文从聚合物表面金属化的工艺方法、表征手段和金属化后的作用三个方面对聚合物表面金属化修饰的研究进展进行了综述。     

核-壳结构CdSe/ZnS量子点的制备、硫醇修饰及其光学性能

采用高温有机相包覆技术制备了CdSe/ZnS核壳结构量子点材料,考察了包覆量对量子点材料的光学性能的影响,研究了含脂肪链和芳香基的双硫醇分子1,4-苯二甲硫醇和1,8-辛二硫醇对于具有核-壳结构的CdSe/ZnS量子点材料的修饰作用,考察了修饰作用对于量子点的量子效率和荧光强度等光学性能的影响.实验结果表明:随着硫化锌包覆量的增加,量子点的量子效率及其荧光发射强度明显提高;硫醇的修饰能显著增强量子点的发光强度,随着硫醇浓度的增加,其发光性能增强,但是达到一定程度后,光学性能基本不随硫醇浓度的变化而变化.根据固体核磁共振等实验结果推测:硫醇分子可能部分替代了量子点体系中的正三辛基氧膦配体,稳定了量子点体系,对量子点起修饰保护作用,从而提高了量子点的光学性能.     

表面修饰纳米二氧化硅及其与聚合物的作用

本文综述了近几年国内外对纳米二氧化硅的表面化学修饰及其在聚合物基纳米复合材料中与基体作用方式的研究工作。对纳米SiO₂进行表面修饰可以改善纳米颗粒与聚合物基体间的亲和性,同时可以使纳米SiO₂表面功能化,有利于SiO₂与聚合物基体间形成强的结合力。纳米SiO₂与聚合物基体间可以以吸附力、氢键、共价键等方式结合,不同的结合方式对材料性能也会产生不同程度的影响。     

聚合物/量子点纳米复合材料的制备

量子点具有优异的光电性能,聚合物具有性质稳定、质轻、可加工性好等优点;将聚合物和量子点复合可综合两者的优点,同时还可使量子点的稳定性得以大幅度提高。得到的聚合物/量子点纳米复合材料应用领域广;其制备方法主要有简单易操作的直接分散法、在聚合物中原位生成量子点的原位生成法、在有量子点存在的聚合场所引发有机单体聚合的原位聚合法、层-层组装法以及在量子点表面直接修饰聚合物的表面直接修饰法。本文就这些制备方法进行了概要综述,并对各种方法的特点进行了总结。     

ZnS-AgInS_2量子点的制备及修饰

通过热裂解法以油胺为配体制备了ZnS-AgInS2量子点。产物荧光性质好,通过改变Zn、Ag、In元素的比例可发射从红色到蓝色的荧光,荧光量子产率可以达到15%;其晶体结构和分散性好,粒径均匀(约为4nm)。分别采用两种不同的配体取代法将油溶性ZnS-AgInS2量子点修饰为水相性,发现羧甲基聚乙二醇硫醇(CM-PEG-SH)和巯基丙酸共修饰得到的产物比经巯基乙酸修饰得到的产物具有更好的荧光性质和稳定性,前者的荧光量子产率可达到10%,且连续2个月的检测结果表明其荧光强度随着放置时间的延长而增强。考察了常见阳离子对CM-PEG-SH和巯基丙酸共修饰产物荧光性质的影响,初步探讨了其影响机理。     

功能化量子点应用于无机离子和小分子识别

量子点作为新型荧光材料广泛应用分子识别研究,其表面功能化修饰能有效改善它在分子识别中的选择性和灵敏度。本文按功能化基团与量子点的连接方式分类,分为：以硫原子为连接基的功能化量子点（包括简单巯基化合物修饰的量子点、以简单巯基化合物为前驱体修饰的量子点、其他类型含巯基化合物修饰的量子点以及含-CS2化合物修饰的量子点）、以氧原子为连接基的功能化量子点和以氮原子为连接基的功能化量子点。评述了近5年来以上述类别的功能化量子点在无机离子和小分子识别研究中的应用。     

基于上转换发光的碳量子点制备及应用研究

碳量子点具有易制备、低毒性、化学惰性高、荧光特性稳定等特点,和其他碳纳米材料(如富勒烯、碳纳米管和石墨烯等)一样引起了研究者的广泛关注。本文将从碳量子点的合成、特性、改性和应用等方面进行阐述,并对其受长波长光激发后可发出短波长光的这一上转换发光特性进行重点综述,为今后碳量子点的合成、改性以及应用提供一定的参考。     

The Influence of Surface Modification on the Photoluminescence of CdTe Quantum Dots: Realization of Bio‐Imaging via Cost‐Effective Polymer

To impart biocompatibility, stability, and specificity to quantum dots (QDs)—and to reduce their toxicity—it is essential to carry out surface modification. However, most surface‐modification processes are costly, complicated, and time‐consuming. In addition, the modified QDs often have a large size, which leads to easy aggregation in biological environments, making it difficult to excrete them from in vivo systems. To solve these problems, three kinds of conventional polymers, namely, polyvinyl alcohol (PVA, neutral), sodium polystyrene sulfonate (PSS, negative charged), and poly(diallyl dimethyl ammonium chloride) (PDDA, positive charged) were selected to modify the surface of QDs at low cost via a simple process in which the size of the QDs was kept small after modification. The effect of polymer modification on the photoluminescence (PL) properties of the QDs was systematically investigated. High quantum yields (QYs) of 65 % were reached, which is important for the realization of bio‐imaging. Then, the cytotoxicity of CdTe QD–polymer composites was systematically investigated via MTT assay using the Cal27 and HeLa cell lines, especially for high concentrations of QD–polymer composites in vitro. The experimental results showed that the cytotoxicity decreased in the order CdTe‐PDDA>CdTe>CdTe‐PSS>CdTe‐PVA, indicating that PSS and PVA can reduce the toxicity of the QDs. An obvious cytotoxicity of CdTe‐PVA and CdTe‐PSS was present until 120 h for the Cal27 cell line and until 168 h for the HeLa cell line. At last, the Cal27 cell line was selected to realize bio‐imaging using CdTe‐PSS and CdTe‐PVA composites with different emission colors under one excitation wavelength.     

量子点在电化学生物传感研究中的应用*

量子点( Quantum dots,QDs )由于具有独特的光学、电化学和电致化学发光特性已受到广泛地重视,而利用量子点构建电化学生物传感器则是量子点最有前途的应用领域之一。量子点具有的高比表面积、高表面活性及小尺寸等特性使它对外界的光、电、温度等十分地敏感,外界环境的微小改变就会迅速引起其表面或界面粒子价态和电子转移行为的显著变化,基于生物大分子引起的QDs表面电化学行为变化而构建的电化学生物传感器,其特点是响应灵敏高、速度快且选择性优良。本文对量子点的光学、电化学和电致化学发光特性作了简单介绍,并重点回顾了其在电致化学发光、免疫分析、DNA杂交、蛋白质检测、农药检测和糖类检测电化学生物传感研究中的应用。同时,对量子点在电化学生物传感研究中的应用前景及研究方向进行了评述和展望。     

量子点在生物化学分析中的应用

量子点（quantumdots,QDs）由于其优异的光学和电学特性,作为新型的荧光试剂探针对生物大分子进行标记,成为近年来迅速发展的纳米材料在生化分析领域的重要应用之一。文章简述了量子点的基本特性,对制备和修饰量子点的各种方法进行比较总结,重点阐述量子点在生物化学分析中的新进展,尤其是对生物大分子的识别和标记作了详细的总结,并提出研究中存在的一些待解决的问题以及今后量子点的研究方向。     

水溶性量子点的制备及应用

高量子产率的水溶性量子点在众多领域如发光晶体、薄膜光激发器件,尤其是生物荧光标记中展现出巨大的潜在应用价值.量子点荧光明亮、稳定,激发光谱宽,发射光谱窄,且发射波长可通过改变材料的粒径大小和组成来调控,因而在生物样本尤其是活组织的多色成像中极为有用,能有效避免因样本自身发光和光散射导致的信号干扰.量子点的研究已成为一门新兴的交叉科学,是目前最有吸引力的研究领域之一.近年来,水溶性量子点作生物荧光标记物的研究取得了长足的进展.本文简述了量子点的结构特征及光学特性,重点综述了水溶性量子点的制备方法及应用研究进展,特别是它在生物、医学中作荧光探针的最新研究.     

聚甲基丙烯酰胺包覆的ZnO发光量子点及其在细胞成像中的应用

通过溶胶-凝胶法合成了在水溶液中稳定发光、荧光颜色可调的ZnO@polymer核壳型纳米粒子, 并研究了这种量子点对人类宫颈癌HeLa细胞的毒性以及细胞吞噬后激光共聚焦成像的效果. 这种荧光探针的外壳是一种通过配位键与ZnO内核结合的共聚物, 该共聚物外层是亲水的聚甲基丙烯酰胺, 内层是疏水的聚甲基丙烯酸酯. 细胞毒性实验证明, 该材料有良好的生物兼容性, 适用于生物荧光标记. 共聚焦荧光成像结果显示, 这些纳米粒子可以穿透HeLa细胞膜并在细胞质中稳定发光.     

A Supramolecular Polymer Network of Graphene Quantum Dots

Graphene quantum dot (GQD)–organic hybrid compounds (GQD‐ 2 b – e ) were prepared by introducing 3,4,5‐tri(hexadecyloxy)benzyl groups (C16) and linear chains terminated with a 2‐ureido‐4‐[1H]‐pyrimidinone (UPy) moiety onto the periphery of GQD‐ 1 . GQD‐ 2 b – e formed supramolecular assemblies through hydrogen bonding between the UPy units. GPC analysis showed that GQDs with high loadings of the UPy group formed larger assemblies, and this trend was confirmed by DOSY and viscosity measurements. AFM images showed the polymeric network structures of GQD‐ 2 e on mica with flat structures (ca. 1.1 nm in height), but no such structures were observed in GQD‐ 2 a , which only carries the C16 group. GQD‐ 2 c and GQD‐ 2 d formed organogels in n‐decanol, and the gelation properties can be altered by replacing the alkyl chains in the UPy group with ethylene glycol chains (GQD‐ 3 ). GQD can thus be used as a platform for supramolecular polymers and organogelators by suitable chemical functionalization.