苏州大学分析化学文献综述

量子点简介
量子点(Quantum dots，QDs)是一种新型半导体纳米晶体，它的尺度在几埃与几十埃之间[1]。

早期量子点的应用研究主要在微电子和光电子领域，到20世纪90年代，随着量子点制备技术的不断提高，量子点作为新型荧光探针在生物化学、分子生物学、细胞生物学等研究领域显示了极其广阔的应用前景[2]。

1998年，Alivisatos和Nie两个研究小组将量子点作为生物荧光标记，并且应用于活细胞体系，由此掀起了量子点的研究热潮。

相比于传统有机荧光染料，量子点具有极其优良的光谱性能[3，4]。

量子点的激发光谱比较宽，所以同一波长的光可以激发不同的量子点，然而不同的有机荧光染料分子，则通常要用不同波长的光来分别激发。

量子点不易被漂白，发射光谱与粒径大小有关，所以可
以通过调整其粒径大小，来发出不同颜色的荧光，从而更加容易的标记、区分、识别不同的生物分子。

目前，充当生物探针作用的量子点主要由IIB、VIA族元素组成，如硫化镉(CdS)、碲化镉(CdTe)、硒化镉(CdSe) 、硫化锌(ZnS)等[5]。

量子点的制备方法
量子点吸收光谱特征以及发射光谱的发射峰位置、强度、半高峰宽、荧光效率和摩尔吸光系数均与量子点的组成、粒径和尺寸分布密切相关。

所以它的荧光性能与制备方法和工艺息息相关。

量子点的制备方法有很多种，如电化学沉积法、气相沉积法、微乳液法、溶胶法等，其中溶胶法是最常用的制备方法溶胶法包括有机相合成法和水相合成法。

不同激发波长激发量子点（发射波长均为621nm）
1、金属有机合成法
在有机溶剂中合成量子点是根据有机物与有机金属化合物或无金属化合物之间的反应这一原理来进行的，这类量子点光化学稳定性强、荧光效率高，且合成方法成熟[6]。

1993年，Murray等[7]利用高温反应在有机相中合成出具有较强荧光性能的CdSe量子点。

他们以金属前驱体二甲基镉(CdMe2)和三辛基硒化膦(SeTOP)作为反应前体，在三辛基氧化膦(TOPO)配位溶剂中反应，直接合成CdE（E=S、Se、Te）量子点。

2001年，PENG改进了传统有机相合成法，以金属氧化物CdO代替有毒的镉金属化合物，一步合成了CdE量子点[8]。

随后，他又提出了非络合溶剂合成方法，大幅降低了量子点合成的难度。

2005年，YANG等以液体石蜡作为高温反应溶剂，以油酸和油胺作为混合稳定剂，进一步改善和简化了CdSe量子点的合成途径[9]。

王香等以ZnO和Se粉末为原料，在十六胺、月桂酸和三辛基膦有机溶剂体系中合成了量子点分散性好、纯度高的胶体硒化锌(ZnSe)和ZnS量子点[10]。

然而，在有机相中合成的方法有许多缺点，如所选用的溶剂毒性大、合成条件苛刻、合成的量子点没有水溶性，难以直接应用于生物体系[11]。

2、在水相中合成
量子点应用于生物体系的关键因素是它的水溶性。

因此在水相中合成量子点，既解决了量子点的水溶性和生物相容性问题，又有着合成方法简单、原料成本低、绿色环保、重复性高、量子点表面电荷和表面性质可控、可直接用于生物标记等优点[12]。

因此水相直接合成法成为了当前研究的热点。

王超等在水相中以MPA为稳定剂，合成了铜掺杂的ZnSe量子点，既克服了量子点的生物相容性的问题，又减少了镉等重金属元素的使用[13]。

除了目前常用水溶性硫基化合物、柠檬酸等做为保护剂在水相中制备量子点外，近年来又发展了用其它类型试剂做稳定剂制备水溶性量子点的方法，Sondi等用氨基葡聚糖(aminodextran，Amdex)作稳定剂，在室温下合成了CdSe量子点[14]。

量子点的表面修饰
早期使用的量子点发光效率较低、易发生光化学降解和聚集，用金属有机方法制备的量子点毒性大、生物相容性较差，并且难以与生物细胞偶联[15]，因此需要对量子点表面进行修饰来提高它的光学特性及与生物大分子连接的能力。

目前采用的表面修饰方法主要包括双官能团配体交换、量子点表面硅烷化和包埋法等。

1、双官能团配体交换
双官能团配体交换就是用双官能团分子与金属原子( 如Zn、Cd等) 进行络合，通过双官能团的分子取代量子点表面的有机分子，使它从疏水转变为亲水。

此种方法的特点是：原料易得、操作简便、对量子点的粒径改变不大、重现性好，是修饰量子点的一个主要方法。

然而，配体交换可能会导致荧光效率下降，会有聚集和沉淀的趋向。

Chan等首次提出用巯基乙酸(TGA)修饰量子点，成功地解决了量子点与生物分子偶联问题[16]。

而且TGA中的羧基又可与其他生物分子结合，从而使其具有生物靶向性，稳定性良好，荧光性能变化不大。

2、表面硅烷化修饰
量子点表面硅烷化是在量子点的表面包裹上 1层硅氧烷，可以使量子点生物相容性增强，而且其荧光性能稳定，通过包裹上的硅氧烷上的基团，可以结合许多不同的物质，为量子点在生物医学的应用提供功能化表面。

3、高分子聚合物包埋
包埋法是将量子点直接嵌入到聚合物微球、磷脂胶团、两亲性聚合物材料或嵌段共聚物胶束中。

这种方法中量子点不需要特殊处理，量子点的表面结构不会被破坏，因此荧光性能几乎不受影响。

Guo等介绍了聚乳酸( EQP) 包覆的CdSe量子点的方法，发现修饰后的量子点毒性变低，生物应用更广［17］。

Dubertret等介绍了用磷脂胶束包覆单个量子点的原理，所得的复合物粒径在10-15 μm之间，生物相容性好，而且性质稳定、无毒，可与DNA杂交作为探针［18］。

量子点的应用
量子点以独特的物理和化学特性而成为研究的热点，应用范围广。

它可以用于分析检测，如测定某些金属离子的含量、测定药物的含量。

量子点也可以应用与光学器件中，如制作电池器件、发光二极管和光探测器等器件。

当然量子点应用最广泛的领域是作为荧光探针对生物体系进行研究，目前已用于肿瘤的检测与诊断、DNA分子的检测、蛋白质的测定等一系列方面。

下面主要介绍量子点在在生物医学领域的应用。

1、肿瘤的检测和诊断
制备能与特殊分子结构和基团相结合的量子点，或是将量子点与特异性的抗体键合，然后注入生物体内，利用它专一性的结合和荧光特性，可以将它作为一种高效、稳定的新型荧光标记物应用于肿瘤的检测与诊断。

Shi等用缩氨酸修饰的CdSe/ZnS量子点对乳腺癌细胞进行检测，量子点可以和癌变细胞快速结合，检测时间大大缩短，且灵敏度较高[19]。

2、DNA分子的检测
目前多采用荧光探针法进行DNA分子的检测。

荧光探针法与传统的同位素法相比，具有检测快速、用样量少、重复性好、无辐射等优点。

Dubertret等利用胶束包覆的ZnO 量子点与特定的DNA序列连接，再通过荧光实验对比，可以便捷地识别与其互补的DNA 序列[18]。

3、蛋白质的测定
量子点与生物体或生物大分子通过特殊相互作用相链接，作为荧光探针标记细胞内的不同部位或组分，可同时观测到不同颜色的荧光。

此外量子点可用于指纹的显影多色量子点，例如CdTe可用于不同颜色物体的指纹显影，通过改变指纹颜色，以获得最好的指纹图像，这有利于区分不同的颜色物体上的指纹。

指纹的细节经CdTe量子点溶液浸泡较清楚地显影。

总结
量子点荧光探针以其优良的光学特性在生物医学、分析化学等主要学科领域显现出独特的优势。

量子点将弥补传统染色材料在应用时需要长时间的较好的光稳定性、近红外发射、单分子灵敏度等缺点。

肃然目前仍未解决量子点细胞毒性等问题，但我们有理由相信，随着科学技术的进一步发展，量子点在生物医学领域的发展必将突飞猛进。

参考文献：
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