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量子点简介

文章泉源:本站编纂 更新工夫:2016-08-25 23:12:13   阅读次数:

 

近年来,跟着纳米科技的飞速生长,“纳米”曾经逐步成为生涯中耳熟能详的词语,而不再仅限于科研范畴,那也或多或少能阐明人们对纳米科技的乐趣,也阐明纳米科技正在不知不觉中逐步影响着人类的生涯。纳米质料作为纳米科技的根蒂根基,具有一些特别的效应(量子尺寸效应、外面效应、宏观量子地道效应等),那使它具有很多宏观体相质料所不具有的新特性,让人们对质料学有了新的熟悉。纳米质料的种类繁多,最为研究者所存眷的是胶体纳米晶体(colloidal nanocrystals)。胶体纳米晶体(以下简称“纳米晶体”)指的是在溶液中分解而且疏散于溶液中的纳米尺寸的晶体。经由过程调治纳米晶体的化学构成、尺寸及描写等,能够调治其种种机能,那使得纳米晶体成为构建新型功用质料的根蒂根基,比方以半导体纳米晶体(量子点)为根蒂根基的荧光探针、以磁性纳米晶体和量子点为根蒂根基的集磁性星散取荧光符号为一体的多功能探针等等,那也是人们对其感兴趣的主要缘由。
上世纪九十年代之前,人们曾经可以或许制备局部纳米晶体,个中对照典范的是Au纳米晶体。然则此时人们关于纳米晶体的构成历程没有深切熟悉,短少相干实际指点种种下质量单疏散纳米晶体的分解。曲至上世纪九十年代早期,Brus课题组及Bawendi课题组报导了有机金属化合物高温有机相制备CdSe纳米晶体的新方法,得到了尺寸可调的单疏散CdSe纳米晶体,供应了一种新的纳米晶体分解路线。在此基础上,Alivisatos课题组提出了纳米晶体分解历程中的“尺寸聚焦”(focusing of size distribution)实际,研讨了怎样制备下质量的单疏散纳米晶体,此实际成为远十几年来,人们设想和分解纳米晶体的指点。今后,纳米晶体进入一个全新的高速发展阶段,到现在,纳米晶体的分解手艺曾经对照成熟,多种尺寸、描写可调控的下质量纳米晶体被胜利分解,比方磁性纳米晶体、荧光纳米晶体、金属纳米晶体等等,这些纳米晶体将在生物医学、光电器件及催化等范畴有着伟大的运用远景。
量子点一般就是指半径小于或靠近激子波尔半径的半导体纳米晶体。量子点的粒径越小,激子遭到的量子限域效应越大,响应所得的荧光能量越大,发射波长越短1(图1)。因为差别质料半导体晶体的块体带隙宽度差别,因而经由过程改动量子点组分及尺寸,能够获得从可见光区到近红外光区之间差别发射波长的量子点(图1)。
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图1. (A) Size- and material-dependent emission spectra of several surfactant-coated semiconductor nanocrystals in a variety of sizes. The blue series represents different sizes of CdSe nanocrystals with diameters of 2.1, 2.4, 3.1, 3.6, and 4.6 nm (from right to left). The green series is of InP nanocrystals with diameters of 3.0, 3.5, and 4.6 nm. The red series is of InAs nanocrystals with diameters of 2.8, 3.6, 4.6, and 6.0 nm. (B) A true-color image of a series of silica-coated core (CdSe)-shell (ZnS or CdS) nanocrystal probes in aqueous buffer, all illuminated simultaneously with a handheld ultraviolet lamp1.

 

在应用于生物成像时,量子点具有一些优秀的特性2-6:荧光发射波长具有尺寸依赖性,可经由过程调控量子点的粒径以获得差别发射波长;引发光谱较宽(图2,虚线),可用一种引发波长引发多种差别发射波长的量子点;荧光半峰宽对照窄(图2,实线),应用于多色成像时,能够削减差别荧光发射光谱之间的堆叠,低落它们之间的滋扰;荧光稳定性好(图3),可用于长时间成像。
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图2.  Excitation (dashed) and fluorescence (solid) spectra of a typical water-soluble nanocrystal (NC) sample in PBS. The NC was excited at 355 nm. Excitation spectra were collected with detection 533 nm (NC). The nanocrystals have a narrow emission, no red tail, and a broad, continuous excitation spectrum2.
图3  Photostability comparison between QDs and Alexa 488. Quantitative analysis of changes in intensities of QD 608–streptavidin (stained microtubules) and Alexa 488–streptavidin (stained nuclear antigens) using specimens mounted with glycerol or antifade mounting medium Vectashield. Mean fluorescence intensity was automatically measured every 10 s for 3 min6.
只管现在为止,有林林总总的量子点泛起,但基于CdSe的量子点照旧是现在研讨最普遍和最成熟的,已被普遍应用于生物医学成像、光电显现、LED和太阳能电池等范畴。
 
参考文献
1. Fu AH, Gu WW, Larabell C, Alivisatos AP. Semiconductor nanocrystals for biological imaging. Curr Opin Neurobiol. 2005;15:568-75.
2. Bruchez M, Moronne M, Gin P, Weiss S, Alivisatos AP. Semiconductor nanocrystals as fluorescent biological labels. Science. 1998;281:2013-6.
3.Alivisatos AP. Semiconductor clusters, nanocrystals, and quantum dots. Science. 1996;271:933-7.
4. Michalet X, Pinaud FF, Bentolila LA, Tsay JM, Doose S, Li JJ, et al. Quantum dots for live cells, in vivo imaging, and diagnostics. Science. 2005;307:538-44.
5. Wu X, Liu H, Liu J, Haley KN, Treadway JA, Larson JP, et al. Immunofluorescent labeling of cancer marker Her2 and other cellular targets with semiconductor quantum dots. Nat Biotech. 2003;21:41-6.
6. Medintz IL, Uyeda HT, Goldman ER, Mattoussi H. Quantum dot bioconjugates for imaging, labelling and sensing. Nat Mater. 2005;4:435-46.
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