Novel Hybrid SiO_2/ZnS Coated CdTe/CdS Quantum Dots and Their Bioapplications

Novel CdTe/CdS quantum dots(QDs)coated with a hybrid of SiO_2 and ZnS were fabricated through a simple two-step approach.The hybrid SiO_2/ZnS coated CdTe/CdS quantum dots was characterized by transmission electron microscopy(TEM),UV and fluorescence spectrometer.Results indicated that the core-shell structure gave the QDs outstanding photoluminescence properties,includinganarrowphotoluminescencespectrum,high photoluminescence(PL)quantum yield and long emission lifetime(average PL lifetime of increased from 26.4 ns to 49.1 ns).Cellular studies showed the QDs had good cytocompatibility with Hela cells as determined by the 3-(4,5-dimethyl-2-thiazolyl)-2,5-diphenyl-2-H-tetrazolium bromide(MTT)assay after coating SiO_2/ZnS,and also proved the feasibility of using the hybrid SiO_2/ZnS coated QDs as optical probes for in vitro cell imaging.The synthesis method of QDs is highly promising for the production of robust and functional optical probes for bio-imaging and sensing applications.     

包被试剂对CdS量子点化学发光特性的影响

分别以半胱胺(CA)、半胱氨酸(L-cys)、谷胱甘肽(GSH)为包被试剂,制备出了3种粒径相同的水溶性CdS量子点,考察了这些CdS量子点在不同氧化剂体系下的化学发光行为.结果表明,CdS量子点化学发光性能与氧化体系密切相关,而且包被试剂对CdS量子点化学发光性能影响很大.此研究为提高量子点的化学发光效率提出了一种新的途径,即通过优化其包被试剂来提高量子点的化学发光效率.     

用甲苯-水两相体系制备CdS量子点

为了能够制备出性能良好的CdS量子点,采用两相体系,用温和易控的方法,合成了不同粒径的CdS半导体量子点.用X线粉末衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、荧光光谱仪等测试手段对产物进行了表征.结果表明:合成的CdS量子点粒径均匀,为立方晶型,具有良好荧光特性,通过控制反应时间可以控制CdS量子点的粒径,而且可以有效减少晶体的表面缺陷,提高荧光强度,从而进一步应用在光电、催化、传感、生物等领域.     

Mn^2＋和Ce^3＋共掺杂的CdS量子点制备及其光谱研究

采用低温水热技术,以硫脲为稳定剂,在90℃的水相中合成了发蓝色荧光的Mn^2＋和Ce^3＋共掺杂的CdS体量子点。用透射电子显微镜对该量子点形貌进行了表征,其直径约为10 nm的球形颗粒。研究了该量子点的紫外-可见吸收光谱、荧光发射光谱以及荧光光谱随时间的变化。结果表明,Mn^2＋和Ce^3＋共掺杂使CdS量子点的发光强度提高10倍;该量子点具有较好的发光稳定性。     

LSS体系合成CdS半导体量子点

用LSS体系制得了CdS半导体量子点,采用X射线粉末衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)等测试手段对产物进行了表征.以油酸和乙醇为液相(L),油酸钠为固相(S),乙醇和含Cd2+的水溶液为溶液相(S),构成LSS体系.体系中以硫化钠为硫源在180 ℃恒温4 h,在L-S相界面处形成CdS量子点.制得的量子点具有良好的形貌,外形规则,为立方晶系结构,直径大约为4 nm.对CdS量子点的紫外-可见吸收光谱和荧光光谱进行了分析.     

基于 In$_{{\bf 1}-x}$Ga$_{x}$P 梯度合金核无镉量子点的制备及 LED 应用

低毒性磷化铟量子点(indium phosphide quantum dot, InP QD)作为最有可能取代有毒重金属镉基量子点的材料, 已经在下一代商业显示和照明领域中显示出巨大潜力. 然而, 合成具有高荧光量子产率(photoluminescence quantum yield, PL QY)的InP QD 仍然具有挑战性. 因此, 提出了以乙酰丙酮镓作为镓源, 在高温下通过乙酰丙酮基对表面配体的活化作用, 生成具有梯度合金核的 In$_{1-x}$Ga$_{x}$P/ZnSe/ZnS 量子点, 有效解决了原有的 InP 与 ZnSe 之间晶格失配的问题; 同时减少核壳界面缺陷, 使量子点的荧光量子产率高达 82%, 所制备量子点发光二极管(quantum dot light-emitting diode, QLED)的外量子效率(external quantum efficiency, EQE)达到 3.1%. 相比传统的 InP/ZnSe/ZnS 结构量子点, In$_{1-x}$Ga$_{x}$P/ZnSe/ZnS 量子点荧光量子产率提高了 25%, 器件的外量子效率提高了近一倍. 该方案为解决 InP 量子点荧光量子产率低、发光器件性能差等问题提供了新的思路.     

CdTe/CdS量子点荧光探针测定痕量汞(Ⅱ)

在水溶液中合成巯基乙酸修饰的CdTe/CdS量子点(QDs),再基于Hg2+与CdTe/CdS量子点的荧光猝灭作用,建立用CdTe/CdS量子点作为荧光探针检测微量汞的新方法,并用该方法测定水中汞的含量。研究表明,pH值为6.24的磷酸缓冲溶液中,量子点浓度为3.75×10-4mol/L时,Hg2+离子浓度在2.3～150μg/L范围与CdTe/CdS量子点荧光猝灭强度呈良好的线性关系,相关系数为0.9985,检出限为0.87μg/L,回收率为99.0%～107.5%。该方法检测效果好,可用于实际样品分析。     

CdS-Eu(Ⅲ)体系荧光恢复的磷酸根离子可视化测定

以聚丙烯酸(PAA)为稳定剂,成功合成了水溶性的CdS量子点(QDs).CdS QDs表面的羧基能与Eu³⁺ 结合导致QDs聚集,有效引发QDs间能量的转移,致使CdS QDs荧光显著猝灭.当加入PO^3-₄时,由于PO^3-₄与Eu³⁺的结合能力强于CdS QDs表面的羧基,CdS QDs荧光强度又逐渐恢复.由此建立一种基于CdS-Eu(Ⅲ)体系荧光恢复可视化测定磷酸根离子的新方法.该方法灵敏、简单,检测限为0.078 μmol·L^-1.     

荧光探针自组装膜对久效磷农药的检测

采用CdSe量子点作为荧光探针,将巯基丙酸稳定的CdSe、聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)和乙酰胆碱酯酶(ACHE)通过静电吸引法,层层组装到石英表面,构建一种荧光性自组装多层膜Quartz/PDDA/CdSe/PDDA/ACHE/PDDA.利用有机磷农药对乙酰胆碱酯酶的抑制机理,成功地将自组装膜用于痕量久效磷农药的检测.实验表明,在乙酰胆碱酯酶被抑制16 min,底物乙酰胆碱浓度为8.8 mmol.L-1的条件下,该膜对久效磷的检测限低至48.64 nmol.L-1.所构建的自组装膜稳定性较好、灵敏度较高,可以再生使用.     

CdTe量子点荧光猝灭法检测甲醛浓度

采用荧光光谱法研究甲醛对量子点的猝灭作用: 由Stern-Volmer方程可得甲醛与CdTe量子点反应的荧光猝灭速率常数K_q=5.67×10¹¹  L/(mol·s), 结合紫外 可见吸收光谱可知该过程为动态猝灭过程. 基于量子点荧光强度的降低与甲醛浓度间具有良好的线性关系, 将CdTe量子点作为荧光探针检测甲醛浓度, 并将该方法与分光光度法进行对比. 结果表明, 两种方法对甲醛浓度的检测效果相同.     

一种具有磁光性能的潜在药物载体的研制

磁小体是磁靶向给药领域的研究热点,为了精准示踪生物体内的磁小体来指导靶向,基于磁小体和量子点构建一种新型磁光载体.利用静置培养和磁吸附的方法收集富含磁小体的趋磁细菌AMB-1,并通过超声破碎及磁吸附方法提取长度为5~10个的磁小体链,运用点击化学反应将含有羧基的CdTe/CdS量子点修饰到磁小体膜上,并利用人肝癌细胞HepG2初步开展光示踪有效性的验证.结果发现该载体可以成功地被细胞摄取,并在细胞内观测到磁小体的分布.笔者成功地研制出磁光载体,为后续的磁靶向给药、磁靶向热疗及荧光一体化的研究及应用提供了坚实的基础.     

CdTe量子点荧光量子产率及生物标记

采用巯基乙酸为稳定剂,在水相中直接合成CdTe量子点,实现半导体纳米晶体的水溶性.利用巯基乙酸包覆的CdTe量子点外端的羧基与牛血清白蛋白的氨基,通过偶联剂的作用形成酰胺键,从而达到标记蛋白质的作用.利用荧光和紫外可见分光光度计,研究标记前后体系的发射光谱和吸收光谱的变化以及荧光量子产率,通过透析膜对标记后的牛血清白蛋白进行纯化,进一步用琼脂糖电泳证明牛血清白蛋白与CdTe量子点的结合.     

树枝形分子的合成及其对纳米硫化镉生长的控制

用发散法合成了以苯胺为核的不同代数的聚酰胺-胺(PAMAM)型树枝状分子,采用核磁共振仪(NMR)对它们的结构进行了鉴定。又以第4代PAMAM树形分子(G4.0)为模板,在树形分子空腔内原位合成了硫化镉(CdS)纳米粒子。通过改变Cd²⁺与G4.0树枝状分子的摩尔比可以得到不同粒径的CdS量子点,并对其光学性能进行了表征。探讨了溶剂对CdS半导体纳米粒子在PAMAM模板中生长的影响。用UV-visible分光光度计和TEM对CdS纳米簇的大小和形貌进行了表征。结果表明TEM 观测的CdS纳米簇粒径要大于用Brus公式估算的数值。     

量子点的表面修饰、尺寸选择与荧光传感

结合本实验室的工作,综述了近年来基于量子点与分析物的相互作用构建荧光传感系统方面的研究进展.着重对此类传感体系中有关量子点的表面修饰和粒径选择问题进行了评述.     

CdSe量子点/聚酰胺-胺树形分子纳米复合材料的制备与表征

以NaHSe为硒源,以聚酰胺-胺树形分子(PAMAM)为内模板,在水溶液中制备了尺寸均一、分散良好、荧光性强的CdSe量子点.分别用紫外-可见吸收光谱、荧光发射光谱和高分辨透射电镜对树形分子包裹的CdSe量子点进行表征.结果表明:在紫外光的激发下,树形分子与CdSe量子点间发生了强烈的界面电荷转移作用.质子化后整代数树形分子模板作用优于半代数树形分子.高代数树形分子的模板作用优于低代数树形分子.pH在7.5时,纳米簇粒径小而均匀,且溶液稳定性高.改变Cd2+与PAMAM物质的量比,可得到一系列尺寸不同、发光颜色不同的CdSe量子点.0℃低温时制备的量子点光致发光效率最高.     

量子阱中InAs/In1-xGaxAs自组织量子点的电子结构

采用有效质量近似和绝热近似,计算了量子阱中InAs/In1-xGaxAs自组织量子点(点在阱中,DWELL)的电子结构和光学性质. 结果表明,电子能级随受限势的增大而升高,并随着量子点的尺寸的增大而降低,而且量子阱的宽度和量子点浸润层的厚度增加也会导致能级有所降低. 说明DWELL结构参数变化会使光致发光峰发生相应的蓝移或红移.     

Ag纳米粒子增强CdS白光量子点器件的研制

在十八烯体系中合成Cd S量子点,用光诱导法制备银纳米粒子,并将两者复合,制备成4种复合样品,分析复合样品的荧光谱,在银纳米颗粒的表面等离子体共振峰分别对应于富含缺陷的硫化镉量子点的带边荧光峰和表面态荧光峰时,发生了带边荧光淬灭而表面态荧光增强的现象.结果表明,通过控制金属和量子点之间的距离,能够控制带边荧光辐射和缺陷带荧光辐射的比例,从而控制白光量子点的色温.采用395 nm紫光LED作为激发光源,将涂有荧光样品的玻片与激发光源组装成银纳米颗粒/量子点复合结构白光照明器件原型,银纳米粒子能够改变Cd S量子点样品发光颜色,荧光效应的增强程度随着量子点样品的厚度减小而加强.该研究为认识荧光物质和金属之间的相互作用提供了新途径,同时探讨了该器件在变色发光材料方向的应用前景.     

半导体量子点非本征吸收区的三阶极化率

通过变分法计算了量子点激子基态能量和偶极跃迁振子强度,分析了半导体量子点在非本征吸收区的三阶极化率.量子点中激子的基态能量随量子点半径的增大而单调减小,这是量子尺寸效应的反映;量子点中由基态到激子基态的跃迁振子强度,随量子点半径的增大而单调增大;在弱受限量子点情况下,三阶极化率的实部和虚部都是负的,对应于非线性光学自散焦效应,其绝对值随入射光频率的增加而增加,且随量子点半径的增大而增大.     

水相中合成CdTe半导体量子点

用不同修饰剂在水相中合成了CdTe半导体量子点(Quantum Dots,QDs).通过紫外吸收光谱(UV-VIS)、荧光发射光谱(PL)、Zeta电位等方法对制备的样品进行了表征.实验结果表明:选用同一修饰剂,紫外吸收和荧光发射峰随反应时间的延长有明显红移,即粒径在不断长大;选用不同的修饰剂,反应相同的时间,可以得到不同粒径的量子点;合成CdTe量子点的发射谱的平均半峰宽约为50 nm,单分散性很好;以巯基乙酸为修饰剂,反应时间为240 min时,是水相合成CdTe量子点的最佳条件;量子点水溶液的Zeta电位受修饰剂和pH值的影响;水溶性的、带有官能团的量子点适合于进一步的生物应用.     

Research progress of self-organized Ge quantum dots on Si substrate

A review is presented on recent research development of self-organized Ge/Si quantum dots (QDs).Emphasis is put on the morphological evolution of the Ge quantum dots grown on Si (001) substrate,the structure analysis of multilayer Ge QDs,the optical and electronic properties of these nanostructures,and the approaches to fabricating ordered Ge quantum dots.