量子点荧光标记技术在生物医学领域的应用

量子点作为一种新型的纳米荧光材料在生物学领域的应用已引起国际上的普遍关注,量子点独特的荧光性能使其在这一领域的应用有着无可比拟的优越性.该文主要就量子点的荧光性能,基于量子点标记的生物荧光探针的制备及其在生物医学领域中的应用研究进展作一概述.     

基于CdSe/ZnS量子点荧光生物传感器构建与应用

设计了一种由CdSe/ZnS量子点和荧光染料Cy3(C31H37KN2O8S2)基于荧光共振能量转移(FRET)原理的生物传感器,并进行了该体系下不同浓度和不同pH溶液中荧光转移强度的实验。实验表明:CdSe/ZnS荧光半导体量子点作为供体对Cy3(C_(31)H_(37)KN_2O_8S_2)染料的荧光增强作用明显。在CdSe/ZnS量子点与Cy3的比例为1∶1.2时,荧光转移效率达到83.68%,对细胞外液p H值荧光变化敏感(pH=5.93～8.36)。此外,该生物传感器可以清楚地识别前列腺癌细胞。该实验结果对前列腺癌细胞的早期诊断和前列腺癌生物传感器的设计提供了一种新的方法。     

基于CdTe／CdS量子点与金纳米粒子的荧光共振能量转移测定三聚氰胺

量子点具有良好的光学性能和高的光致发光量子产率,已广泛应用于生物分析。该文利用金纳米粒子（AuNPs）与CdTe／CdS量子点相互作用,发生荧光共振能量转移（FRET）而猝灭Cdrre／CdS量子点的荧光．加入三聚氰胺后使量子点的荧光恢复这一现象,建立了一种基于CdTe／CdS量子点与AuNPs的FRET测定三聚氰胺的高灵敏方法。     

3-巯基丙酸和L-半胱氨酸修饰的ZnS掺Mn量子点对金属离子传感机理的探讨

由于量子点优异的荧光性质,基于量子点的荧光分析法的应用已经十分广泛,而量子点的磷光性质及其在分析检测中的应用得到的关注仍然较少。相对荧光分析法,室温磷光法（Room—temperature phosphorescence．RTP）具有很多的优点：磷光相对于荧光是一种更为少见的现象,     

基于EDTA蚀刻的CdTe/CdS量子点荧光探针 检测水环境中痕量镉离子

设计了一种基于乙二胺四乙酸(EDTA)蚀刻的“关－开”模式的CdTe/CdS核壳量子点(QDs)的荧光传感器,具有高灵敏,高选择性,快速检测水环境中痕量Cd2+的优点,EDTA通过在 CdTe/CdS QDs表面进行化学蚀刻,使CdTe/CdS QDs表面的Cd2+流失而和EDTA络合,在QDs表面形成空穴,得到特定的Cd2+识别位点,从而导致荧光猝灭,Cd2+的引入可以选择性的识别这些位点,使得EDTA-QDs体系的荧光恢复。在优化的工作条件下,该荧光传感器的线性响应范围为10μg/L~ 200μg/L和300μg/L~1000μg/L,实现了Cd2+在较大范围的测定要求,线性相关系数分别为0.997、0.985,检出限为0.22μg/L(0.002μmol/L),达到了国家二类水质标准(GB/T 14848-93)对Cd2+的检出限要求。此外,该荧光传感器对其他干扰离子的选择性优于1％,在实际水样检测中具有良好的实用性。     

基于近红外荧光量子点的防伪技术基础研究

提出了一种新型的利用近红外荧光量子点作为载体的防伪方法,并进行了相关基础研究,应对了产品市场对防伪技术不断革新的需要;设计了微弱荧光光谱测试系统,系统研究了双波长荧光量子点防伪识别技术,得出双波长荧光光谱识别的基本方法,将近红外荧光量子点的荧光强度之间的差异作为识别的依据,设计出相应的编码方法即可以对信息进行加密;测试结果表明该方法切实可行;研究结果对近红外荧光量子点的防伪识别有重要的指导意义,为防伪技术打开了更广阔的发展空间。     

PVP／CdS量子点修饰电极的制备及其对肌红蛋白的直接电化学研究

该文采用溶胶-凝胶法制备了聚乙烯吡咯烷酮(PVP)表面修饰的硫化镉(CdS)半导体量子点,用透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等手段进行了表征;将其修饰在玻碳电极(GC)表面制得量子点修饰电极,并研究了肌红蛋白(Myoglobin,Mb)在该量子点修饰电极上的电化学行为.实验结果表明,PVP/CdS量子点修饰电极对肌红蛋白具有催化还原作用,且还原峰电流与被测蛋白质浓度呈良好线性关系.流动注射分析结果进一步表明该量子点修饰电极具有高的稳定性和好的重现性,检出限为2.0×10.mol/L,该电极可作为检测肌红蛋白的新型高灵敏度电化学传感器.     

基于罗丹明-噻吩类化合物的汞离子荧光探针的研究

汞离子是一种常见的环境污染物之一.有机汞(特别是甲基汞)可以在海洋生物体内累积,能通过食物链转移到人体内,导致大脑损伤和其它慢性疾病,因此.汞离子作为一种水体污染物的检测就显得非常重要.该文制备了一种基于罗丹明-噻吩类化合物的荧光探针用于Hg2+的检测.该探针在Hg2+存在下,Hg2+与探针的络合导致探针的罗内酰胺开环,溶液由无色变成粉红色,由无荧光变成有荧光.该探针可在pH为6.00的乙醇/水(体积比为1:1)溶液中对Hg2+进行检测,具有灵敏度高和选择性好等优点.并且,探针用于自来水和河水中的Hg2+的检测,测定结果令人满意.     

量子点功能化与电化学生物传感

量子点材料由其优异的光电学性质,无论在基础研究还是在实际应用方面都具有重要的价值。与传统的荧光探针相比,量子点的激发光谱宽且连续分布,发射光谱呈对称性且宽度较窄。颜色可调。量子点的这些特性使其广泛应用在生物分析中。该文近期在量子点的组装、功能化和电化学生物传感方面开展了一些研究。     

石墨烯量子点和量子比特

本文主要回顾了石墨烯量子点的制备以及基于石墨烯量子点自旋和电荷量子比特操作的研究进展,由于石墨烯材料相对较轻的原子重量使其具有较小的自旋轨道相互作用,另外含有核自旋的碳同位素13C在自然界中的含量大约只占1%,这使得超精细相互作用(即核自旋和电子自旋相互作用)较弱,所以石墨烯比其他材料具有较长的自旋退相干时间,在量子计算和量子信息中有非常好的应用前景.本文计算了5种静电约束制备的石墨烯量子点:1)扶手型单层石墨烯纳米条带,2)单层石墨烯圆盘,3)双层石墨烯圆盘,4)ABC堆积型三层石墨烯圆盘,5)ABA堆积型三层石墨烯圆盘.石墨烯量子点中自旋比特应用的关键是破坏谷简并,在1)中,主要是利用边界条件破坏谷简并,而2)–5)中是利用外磁场破坏谷简并.文章进一步介绍了自旋轨道相互作用和超精细相互作用对石墨烯量子点中自旋操作的影响.     

发光纳米材料和量子点化学传感及其机理

介绍了荧光和磷光纳米材料的种类,如无机半导体量子点,金属离子掺杂的半导体量子点,金属纳米粒子或纳米簇,硅点,碳点和石墨烯点等。接着阐述了这些纳米材料的光致发光的光物理机制和猝灭或增强的一般性原理。最后简要综述了量子点或纳米材料发光的猝灭或增强现象在化学传感中的应用和具体的响应机理。     

ZnS掺Mn磷光量子点对金属离子传感机理的探讨

合成了以3-巯基丙酸或L-半胱氨酸修饰的水溶性ZnS掺Mn磷光量子点,磷光发射峰在590 nm,产生于Mn2+的4T1-6A1跃迁.磷光信号稳定,不易受溶解氧的影响.检测了七种常见金属离子对磷光性质的影响,结果表明:对于3-巯基丙酸修饰的ZnS:Mn量子点,Cu2+,Mn2+,Fe3+,Co2+,pb2和Hg2+离子能...     

基于CdTe量子点-壳聚糖-石墨烯纳米复合物构建亚硝酸盐电化学传感器

构建了一种基于CdTe量子点-壳聚糖-石墨烯纳米复合物修饰玻碳电极的亚硝酸盐电化学传感器,壳聚糖作为连接剂,CdTe量子点静电自组装负载到石墨烯上,外层包覆的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)薄层用于稳定修饰物.对该传感器进行了电化学表征该电极,并与差分脉冲伏安法结合用于检测亚硝酸盐,该传感器在2 μmol/L~100 μmol/L范围内具有良好的线性关系,检出限为0.89 μmol/L,加标回收率在96.7%~101.8%内.该传感器具有灵敏度高、检出限低、准确、快速等优势,应用到市售腌菜中亚硝酸盐的检测,结果令人满意.     

光纤重金属离子传感器的研制

介绍了光纤维重金属离子传感器的研制情况。该传感器将流动注射分析方法和激光激发荧光光谱技术结合起来 ,融合进光纤传导 ,CCD摄像机等技术。对Cu2 +、Cd2 +、Zn2 +及Ni2 +等重金属离子试验研究结果表明 :检测限要低于德国饮用水标准 ,且线性范围宽     

纳米金刚石颗粒的衬底增强效应研究

金刚石氮空位(NV)色心由于具有发光稳定、无毒、量子特性已成为最有发展前景的生物荧光标记材料.为进一步提高生物荧光标记检测和识别的分辨率,结合表面荧光增强效应,提出了结合Si,SiO2,金属三种不同折射率的材料来实现对NV色心荧光信号的增强特性.测试结果表明:金刚石结构与金属材料相结合后荧光增强最大达到17.71倍,进一步表明荧光增强机理,为提高生物荧光标记检测和识别灵敏度与分辨率提供了研究基础.     

壳聚糖固定化脲酶生物传感器选择性测定铜离子

基于重金属对脲酶的抑制作用,研制了用于测定铜离子的生物传感器。该生物传感器的制备以壳聚糖为载体,将脲酶固定于pH电极表面。由于壳聚糖对Cu2+的富集,该生物传感器展现出高灵敏度。在样品溶液中加入5 mmol/L NaI,可以消除Hg2+和Ag+的干扰,从而实现Cu2+的选择性检测。在0.005～0.5μg/mL的浓度范围内,脲酶活性的抑制率与Cu2+浓度的对数呈良好的线性响应关系,其检出限为0.002μg/mL。将使用后的生物传感器浸泡于0.5 mmol/L的EDTA溶液再生5 min,被Cu2+抑制的脲酶的活性可以得到恢复。     

水溶性量子点CdSe／ZnS与蛋白质非特异性相互作用研究

研究了巯基乙酸修饰的水溶性量子点CdSe/ZnS与不同蛋白质的非特异性相互作用.发现牛血清白蛋白,卵清蛋白,血红蛋白和免疫球蛋白G均能增强巯基乙酸修饰的水溶性量子点CdSe/ZnS的荧光,而细胞色素C却使量子点的荧光猝灭;探讨了量子点与蛋白质作用导致荧光强度变化的原因.这些结果表明,在使用巯基乙酸修饰的水溶性CdSe/ZnS量子点作为生物探针时,必须要考虑不同蛋白质与量子点的非特异性相互作用.     

基于IBM Qiskit的量子图像伪彩色增强方法

针对量子图像增强问题，提出一种基于彩虹编码的量子图像伪彩色增强方法。首先，使用NEQR (Novel Enhanced Quantum Representation)模型表示灰度图像，接着设计和优化RGB三通道颜色转换模块的量子线路，最后用QRMW (Quantum Representation of Multi Wavelength Images)模型表示伪彩色图像。为了验证所提方法的有效性，在IBM量子计算框架Qiskit上制备2×2大小与32×32大小的NEQR灰度图像，通过对量子线路测量坍缩后生成对应大小的QRMW伪彩色图像。实验结果表明，与经典和已有的量子图像伪彩色增强方法相比，该方法在处理大小为2ⁿ×2ⁿ、色深为2^q的图像时，所需的量子基本门个数为958，时间复杂度仅为常数级O(1)，空间复杂度为O(2n+2q+3)，显著降低了量子成本，并且处理后图像的信息熵和清晰度指标良好。     

基于纳米金／石墨烯－壳聚糖－离子液体／L－半胱氨酸包覆CdTe量子点的双酚A传感器

在石墨烯、壳聚糖和1-乙基－3－甲基眯唑四氟硼酸盐（[BMIM]）复合材料（Graphene—Chits-[BMIM]）表面电沉积金,并自组装L－半胱氨酸包覆CdTe量子点,制备了修饰玻碳电极新型双酚A传感器。采用循环伏安法和电化学交流阻抗等方法研究了修饰电极的电化学特性。由于Graphene-Chits－[BMIM]复合材料中,石墨烯和[BMIMI都具有良好的导电性,该修饰电极对于双酚A有较好的电流响应。在最佳条件下,该传感器对双酚A的检测浓度范围：5．0×10^-8～7．05×10^-6mol／L,检测限为2．0×10^-8mol／L（3倍信噪比）,相关系数为0．999。     

基于退火效应硒化铅融合量子点制备及探测器性能研究

硒化铅纳米结构材料因其多激子产生效应、快速光敏吸收和近红外发射而被广泛应用于太阳能电池和光电探测器，并成为探测器领域的研究热点。在制备硒化铅量子点的基础上，通过退火工艺得到了一种新型的纳米材料融合量子点。所需的最佳退火温度可以有效减少缺陷，提高融合量子点的活性。为了体现融合量子点与其他材料相比的优势，采用旋涂法制备薄膜并用于光电导器件的研制。退火温度从室温提高到470℃,通过透射电子显微镜观察了不同温度下硒化铅量子点的融合现象，并研究了量子点退火对光电导器件性能的影响。量子点之间的平均距离随着退火温度的升高而减小，这增强了量子点之间的相互融合。实验数据表明，硒化铅活性层的最佳退火温度为310℃,开关比K和响应度R在310℃时达到最大值，响应度增加3倍以上。这是因为硒化铅活性层中载流子的迁移率增强。并成功制备了光电导探测器Au/PbSe融合量子点/Au(100 nm),为后续制备新的量子点器件奠定了基础。