熒光納米粒子的介紹及應(yīng)用

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1、【專題】熒光納米粒子的介紹及應(yīng)用熒光探針(fluorescentprobe)在化學(xué)傳感、光學(xué)材料及生物檢測和識別等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，并成為實(shí)現(xiàn)上述功能的一種主要的技術(shù)手段。但以傳統(tǒng)的有機(jī)熒光染料為主的熒光探針在應(yīng)用中也存在一些難以克服的缺陷。最近，無機(jī)發(fā)光量子點(diǎn)、熒光聚合物納米微球、復(fù)合熒光二氧化硅納米粒子等熒光納米探針的相繼出現(xiàn)，在一定程度上克服了傳統(tǒng)有機(jī)熒光試劑的缺陷，為生物分析提供了新的發(fā)展領(lǐng)域，成為了近年來研究的熱點(diǎn)，在此我想作一簡單介紹，希望能起到拋磚引玉的作用，如果大家覺得我有什么地方說錯的話，歡迎批

2、評指正！讓我也從中受益！1、熒光納米粒子的分類熒光納米粒子是指可以發(fā)熒光的半導(dǎo)體納米微晶體（量子點(diǎn)）或?qū)晒鈭F(tuán)(Fluorophore)通過包埋、共價鍵連接以及超分子組裝等方式引入有機(jī)或無機(jī)納米粒子中，并讓納米粒子承擔(dān)有機(jī)小分子熒光染料的檢測、標(biāo)記等功能。與傳統(tǒng)的熒光染料相比，熒光納米粒子具有更高的亮度和光穩(wěn)定性，也能更加容易地實(shí)現(xiàn)水分散性和生物相容性。另外，隨著納米制備技術(shù)的進(jìn)一步提高，對納米粒子的尺度的精確控制及對粒子功能化手段的日臻完善，這在很大程度上使熒光納米粒子滿足了化學(xué)傳感器、生物探針等領(lǐng)域的要求。目前熒

3、光納米粒子主要有無機(jī)發(fā)光量子點(diǎn)、熒光高分子納米微球、復(fù)合熒光二氧化硅納米粒子三大類。1.1.量子點(diǎn)量子點(diǎn)(quantumdot,QD)又可稱為半導(dǎo)體納米微晶體，是由數(shù)百到數(shù)千個原子組成的無機(jī)納米粒子，是一種由II-VI族或者III-V族元素組成的納米顆粒。目前研究較多的主要是CdX(X=S、Se、Te)。量子點(diǎn)粒徑很小，它們的電子和空穴被量子限域，連續(xù)能帶變成具有分子特性的分立能級結(jié)構(gòu)，因此光學(xué)行為與一些大分子很相似，可以發(fā)射熒光。量子點(diǎn)的體積大小嚴(yán)格控制著它的光譜特征。量子點(diǎn)的晶體顆粒越小，比表面積越大，分布于表面

4、的原子就越多，而表面的光激發(fā)的正電子或負(fù)電子受鈍化表面的束縛作用就越大，其表面束縛能就越高，吸收的光能也越高，即存在量子尺寸效應(yīng)，從而使其吸收帶藍(lán)移，熒光發(fā)射峰也相應(yīng)藍(lán)移?？梢?，相對于其他傳統(tǒng)的熒光染料而言，量子點(diǎn)由于其量子尺寸效應(yīng)，粒徑不同或組成材料不同即可發(fā)射不同顏色的熒光。由于量子點(diǎn)潛在的應(yīng)用前景，研究者在量子點(diǎn)的制備方面展開了一系列的研究。目前，量子點(diǎn)的制備方法根據(jù)其所用材料的不同，有以下兩種方法：一、在有機(jī)體系中采用膠體化學(xué)方法以金屬有機(jī)化合物為前體制備量子點(diǎn)，二、在水溶液中直接合成。在有機(jī)體系采用膠體化學(xué)

5、方法制備量子點(diǎn)的研究中，Bawendi等將金屬有機(jī)化合物注射入熱的有機(jī)溶劑中，在高溫下制備出具有單分散性的CdSe量子點(diǎn)。后來，人們使用無機(jī)物來鈍化顆粒表面，發(fā)展了核殼結(jié)構(gòu)的量子點(diǎn)。peng等人以CdO或Cd(Ac)2為原料，在一定條件下與S、Se、Te的儲備液混合，一步合成了性能良好的CdS、CdSe、CdTe量子點(diǎn)。Nie等以此法合成了CdSeTe量子點(diǎn)，其熒光發(fā)射最大的波長為850nm，量子產(chǎn)率高達(dá)60%。該法不但克服了先前合成方法中需要采用(CH3)2Cd作為原料的缺點(diǎn)，而且所合成的量子點(diǎn)熒光量子產(chǎn)率高、尺寸

6、分布窄、波長覆蓋范圍廣。此外，Reiss等人在Peng的基礎(chǔ)上以CdO為前體在HDA-TOPO混合體系中合成CdSe，然后以硬脂酸鋅為鋅源，在CdSe的表面包覆一層ZnSe，首次合成了CdSe/ZnSe核殼結(jié)構(gòu)的量子點(diǎn)，熒光量子產(chǎn)率高達(dá)85%。另外，也有研究者采用在水溶液中進(jìn)行量子點(diǎn)的合成，Weller等人以六偏磷酸鈉及巰基乙酸、巰基乙胺等巰基化合物為穩(wěn)定劑，以Cd(ClO4)2?6H2O為鎘源合成了水溶性的CdS、CdSe、CdTe量子點(diǎn)。該法操作簡單、可制備的量子點(diǎn)種類多、所用材料價格低、毒性小，且量子點(diǎn)表面修飾

7、有可直接與生物分子偶連的羧基或氨基等官能團(tuán)。然而，采用在水溶液中合成量子點(diǎn)的方法存在著量子產(chǎn)率不高、尺寸分布較寬等缺點(diǎn)。所以，目前人們?nèi)暂^多的采用在有機(jī)體系中進(jìn)行量子點(diǎn)的制備。1.2.高分子熒光納米微球高分子熒光納米微球開始是以聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯類、聚丙烯酰胺類為微粒主體，表面鍵合或吸附熒光素（Fluorescein，如FITC等）、羅丹明（Rhodamine，如Rhodamine6G）、菁色素（Cy染料）等熒光物質(zhì)的熒光納米微球。因?yàn)閱蝹€納米粒子可以鍵合多個熒光分子，所以熒光強(qiáng)度有所增強(qiáng)。但由于熒光分子沒有被

8、保護(hù)在高分子材料中，仍然受外界氧化或光漂白的影響，熒光的穩(wěn)定性并沒有提高。近來，Kawaguchi等采用細(xì)乳液聚合的方法，開發(fā)出一種用聚苯乙烯內(nèi)包銪與β-二酮類熒光配合物的高分子熒光納米微球。這種高分子材料的表面鍵合有羧基，可以標(biāo)記具有氨基等活性基團(tuán)的生物分子。同樣，采用細(xì)乳液聚合的方法還可以制備包埋其它染料的熒光高分子納米微球，但是，由于該類