納米科技概論-第四章量子點講義課件

第四章人造原子-量子點（ArtificialAtom—QuantumDot）量子點QuantumDots(QDs)半導(dǎo)體納米晶體（LuminescenceSemiconductornanocrystals）第四章人造原子-量子點（ArtificialAtom—Q什么是量子點？

量子點是準(zhǔn)零維的納米材料，由少量的原子所構(gòu)成。粗略的說，量子點的三個維度的尺寸都在100納米以下，外觀恰似一極小的點狀物，其內(nèi)部電子在各方向上的運動都受到局限，所以量子限域效應(yīng)特別顯著。由于量子局限效應(yīng)會導(dǎo)致類似原子的不連續(xù)電子能級結(jié)構(gòu)，因此量子點又被稱為“人造原子”?？茖W(xué)家已經(jīng)發(fā)明許多不同的方法來制造量子點，并預(yù)期這種納米材料在21世紀的納米電子學(xué)上有極大的應(yīng)用潛力。量子點可用來作激光器的工作物質(zhì)nanoelectronics什么是量子點？量子點是準(zhǔn)零維的納米材料，由少量的原子所構(gòu)量子限域效應(yīng)導(dǎo)致費米能級附近的電子能及由連續(xù)變?yōu)殡x散能級或能隙變寬，具有類似分子特性的分立能級結(jié)構(gòu)，受激后可發(fā)射熒光（右圖）。

什么是量子點？若要嚴格定義量子點，則必須由量子力學(xué)出發(fā)。電子的物質(zhì)波特性取決于其費米波長。λF

=

2π

/

kF在一般的材料中，電子的波長遠小于材料的尺寸，因此量子局限效應(yīng)不顯著。如果將某一個維度的尺寸縮到小于一個波長，此時電子只能在另外兩個維度所構(gòu)成的二維空間中自由運動，這樣的系統(tǒng)我們稱之為量子阱；如果我們再將另一個維度的尺寸縮到小于一個波長，則電子只能在一維方向上運動，我們稱之為量子線；當(dāng)三個維度的尺寸都縮到一個波長以下時，就成為量子點了。什么是量子點？若要嚴格定義量子點，則必須由量子力學(xué)出發(fā)。電子什么是量子點？由此可見，并非小到100nm以下的材料就是量子點，真正的關(guān)鍵尺寸是由電子的德布羅意波長或平均自由程。一般而言，電子費米波長在半導(dǎo)體內(nèi)較在金屬內(nèi)長得多，例如在半導(dǎo)體材料砷化鎵GaAs中，費米波長約40nm，在鋁金屬中卻只有0.36nm。什么是量子點？由此可見，并非小到100nm以下的材料就是量子量子點分類II-VI族：CdSe,CdTe,ZnS,MgSe等III-V族：InAs；IV-IV族：SiC,SiGe；IV族：Si,Ge；IV-VI族：PbSe；

單量子點：Au,Gu等量子點分類II-VI族：CdSe,CdTe,ZnS,MgSe量子阱、量子線及量子點能級比較關(guān)系示意圖量子阱、量子線及量子點能級比較關(guān)系示意圖70年代，量子點由于其獨特的光學(xué)特性,認為其應(yīng)用主要集中在電子與光學(xué)方面。80年代，生物學(xué)家已經(jīng)對量子點產(chǎn)生了濃厚的興趣，但由于它的熒光量子產(chǎn)率低，工作集中在研究量子點的基本特性方面。1997年以來，量子點制備技術(shù)的不斷提高,量子點已越來越可能應(yīng)用于生物學(xué)研究。量子點可作為生物探針是從1998年AlivisatosAP.和ChanWC兩個研究小組開始，此后量子點的功能進一步被發(fā)現(xiàn)、推廣，使之成為生物學(xué)領(lǐng)域研究的熱點。量子點研究的歷史70年代，量子點由于其獨特的光學(xué)特性,認為其應(yīng)用主要集中在量子點的制備方法目前，量子點的制備方法主要有以下四種.1.化學(xué)溶膠法(chemicalcolloidalmethod)：以化學(xué)溶膠方式合成，可制作復(fù)層量子點(multilayered)，過程簡單，且可大量生產(chǎn)。量子點的制備方法目前，量子點的制備方法主要有以下四種.量子點的制備方法2.自組成法(self-assemblymethod)：采用分子束磊晶(molecular-beamepitaxy)或化學(xué)氣相沉積(chemicalvapordeposition)過程，并利用晶格不匹配(latticemismatch)的原理，使量子點在特定基材表面自聚生長，可大量生產(chǎn)排列規(guī)則的量子點。在GaAs基材上以自組成法生長InAs量子點的STM影像

量子點的制備方法2.自組成法(self-assemblym在GaAs基材上以自組成法生長InAs量子點的STM影像在GaAs基材上以自組成法生長InAs量子點的STM影像量子點的制備方法3.微影蝕刻法(lithography

and

etching)：以光束或電子束直接在基材上蝕刻制作出所要之圖案，由于相當(dāng)費時因而無法大量生產(chǎn)。以GaAs基材蝕刻窄圓柱式量子點之SEM影像，水平線條約0.5微米

量子點的制備方法3.微影蝕刻法(lithographyan以GaAs基材蝕刻窄圓柱式量子點之SEM影像以GaAs基材蝕刻窄圓柱式量子點之SEM影像量子點的制備方法4.分閘法(split-gateapproach)：以外加電壓的方式在二維量子井平面上產(chǎn)生二維局限，可控制閘極改變量子點的形狀與大小，適合用于學(xué)術(shù)研究，無法大量生產(chǎn)。以分閘法產(chǎn)生GaAs/AlGaAs量子點之SEM影像量子點的制備方法4.分閘法(split-gateappro分閘法產(chǎn)生量子點之SEM圖像分閘法產(chǎn)生量子點之SEM圖像量子點的制備方法小結(jié)合成方法Top-downBottom-up晶體表面刻蝕組成器件化學(xué)制備生物體系標(biāo)記波長范圍寬，發(fā)射峰尖銳，發(fā)射波長可以通過納米粒子粒徑調(diào)節(jié)，易于自組織量子點的制備方法小結(jié)合Top-downBottom-up晶體表面改性及合成有機合成CdSe量子點步驟為雙甲基鎘和硒開始以特定的比例（通常摩爾比1.4:1.0）溶解在有機溶劑三正辛基中，并且加入三正辛基氧化物（TOPO,350℃）作為協(xié)調(diào)劑，Ar氣氛保護?？焖俳禍匾苑乐沽孔狱c進一步長大。要使用生物量子點，需在其外覆蓋ZnS或者CdS，以提高其熒光產(chǎn)率和保證量子點不被氧化，最大程度的降低毒性和耐光性。表面改性及合成有機合成CdSe量子點步合成量子點的改善途徑之前的方法合成的量子點是非極性（即疏水）的，存在生物不相容性。解決的方法是采用化學(xué)交換法改變表面化學(xué)特性，即雙功能試劑（如巰基酸）與表面金屬離子配合。例如巰基（MAA中的）與膦氧化物（TOPO中的）結(jié)合，綁定到金屬原子上。如果雙功能分子中還有極性官能團，量子點將變得高度極性并且易溶于水溶劑。缺點是絮凝現(xiàn)象和產(chǎn)量下降。合成量子點的改善途徑之前的方法合成的量子點是非極性（即疏水

表面修飾有三正辛基氧化磷（TOPO）的量子點先與雙親聚合物的疏水長鏈以疏水作用力相互結(jié)合，再通過疏水基團的親水集團與生物分子連接。另外對量子點表面進行硅烷化處理，嵌入可以與生物分子連接的官能團。表面修飾有三正辛基氧化磷（TOPO）的量子點先與雙親聚。目前已有多家公司提供量子點，有至少8種顏色量子點可購得。用聚乙二醇涂層非特異性結(jié)合到量子點上，以降低其非與生物的非特異性結(jié)合。CCD相機的可識別范圍增大，也為提高量子點的靈敏度提供了可能。。目前已有多家公司提供量子點，有至少8種顏色量子點可購得。用量子點的性質(zhì)和用途量子點的用途相當(dāng)廣泛，例如：可用于藍光輻射、光感測元件、單電子晶體(singleelectrontransistor,SET)、記憶儲存、觸媒以及量子計算(quantumcomputing)等，在醫(yī)療上更利用各種光波長不同的量子點制成熒光標(biāo)簽，成為生物檢測用的“納米條碼”。量子點是目前理論上與實驗上的熱門研究題目，世界各國無不積極投入研究，主要領(lǐng)先的有美國、日本、歐盟及俄羅斯等，臺灣也正在急起直追中。量子點的性質(zhì)和用途量子點的用途相當(dāng)廣泛，例如：可用于藍光輻射

量子點激光器簡單地說，量子點激光器是由一個激光母體材料和組裝在其中的量子點以及一個激發(fā)并使量子點中粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的泵源所構(gòu)成。一個實際量子點激光器（砷化鎵銦量子點激光器）的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。量子點激光器簡單地說，量子點激光器是由一個激光母體材料和組量子點激光器的未來量子點激光器的研制在近幾年內(nèi)取得了長足進步，已經(jīng)向傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器開始了強有力的挑戰(zhàn)，但其性能與理論預(yù)測相比仍有較大的差距。進一步提高量子點激光器的性能，必須解決以下幾個問題：(l)如何生長尺寸均勻的量子點陣列。雖然量子點的材料增益很大，但由于尺寸分布的不均勻性，使量子點發(fā)光峰非均勻展寬，發(fā)光峰半寬比較寬，遠大于量子阱材料（meV）。實際上只有很少一部分量子點對激光器的發(fā)光有貢獻，限制了光增益，影響了激光器激射閾值的進一步降低；量子點激光器的未來(l)如何生長尺寸均勻的量子點陣列。雖然(2)如何增加量子點的面密度和體密度，盡可能提高量子點材料的增益；(3)如何優(yōu)化量子點激光器的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使其有利于量子點對載流子的俘獲和束縛；(4)如何通過控制量子點的尺寸或者選擇新的材料體系，拓寬量子點激光器的激射波長工作范圍，爭取覆蓋WDM網(wǎng)絡(luò)中的1.4-1.6μm波段。(2)如何增加量子點的面密度和體密度，盡可能提高量子點材料量子點的應(yīng)用表面改性及生物功能化熒光生物標(biāo)記分析作為造影劑的生物成像技術(shù)生物芯片生物傳感器量子點的應(yīng)用表面改性及生物功能化量子點在生物上的應(yīng)用量子點通常以CdSe為核、CdS或ZnS為殼的核-殼型納米體，與傳統(tǒng)的有機染料相比，它有其獨特的性質(zhì)，即：量子點具有較大的斯托克位移和狹窄對稱的熒光譜量子點在生物上的應(yīng)用量子點通常以CdSe為核、CdS或ZnS光學(xué)特性寬吸收峰：吸收比其第一發(fā)射波長更短的波較窄的發(fā)射峰：熒光發(fā)射光譜窄且對稱大的斯托克斯位移：避免發(fā)射光譜和激發(fā)光譜的重疊，利于信號檢測光學(xué)穩(wěn)定性：抗紫外線，抗光的漂白，抗化學(xué)物質(zhì)，新陳代謝的降解作用安全性：細胞毒性較小光學(xué)特性寬吸收峰：吸收比其第一發(fā)射波長更短的波效率：熒光效率極高，發(fā)光時間長，便于跟蹤及重復(fù)試驗（見右圖）發(fā)射波長可調(diào)性：通過量子點尺寸和組成的調(diào)整可以做到同時多組分檢測（見下圖）上圖e第一組為量子點，第二組為有機熒光效率：熒光效率極高，發(fā)光時間長，便于跟蹤及重復(fù)試驗（見右圖）量子點在生物上的應(yīng)用(A)Excitation(dashed)andfluorescence(solid)spectraoffluorescein;(B)Atypicalwater-solublenanocrystalsampleinPBS傳統(tǒng)熒光素量子點激發(fā)光-虛線；發(fā)射光-實線；半峰高寬度：67nmvs.32nm；10%峰高寬度：100nm

vs.

67nm；量子點光譜優(yōu)點：

無紅外延伸，連續(xù)、寬激發(fā)譜廣激發(fā)譜，窄發(fā)射譜量子點在生物上的應(yīng)用(A)Excitation(das發(fā)射光波長易調(diào)節(jié)發(fā)射光波長易調(diào)節(jié)染色穩(wěn)定性染色穩(wěn)定性納米科技概論-第四章量子點講義課件量子點探針結(jié)構(gòu)CdSe：發(fā)光核心Zns：包殼它們是在有機溶劑中制備的，不溶于水，無生物親和性。巰基集團作用：S與ZnS包殼中Zn原子結(jié)合，而有機集團與蛋白質(zhì)結(jié)合，這樣量子點探針就溶于水，且有生物親和性了。量子點探針結(jié)構(gòu)CdSe：發(fā)光核心效果證明A：裸量子點B：結(jié)合了巰基集團的量子點C：結(jié)合了巰基集團，巰基集團又結(jié)合了蛋白質(zhì)的量子點效果證明A：裸量子點B：結(jié)合了巰基集團的量子點C：結(jié)合了巰基單個波長可激發(fā)所有的量子點，而不同染料分子的熒光探針需多個激發(fā)波長。應(yīng)用范圍廣：可用于多領(lǐng)域和多儀器多種顏色：顏色取決于量子點的大小，在同一激發(fā)波長下，可發(fā)出多種激發(fā)光，達到同時檢測多種指標(biāo)的要求。抗光致漂白性安全：細胞毒性低，可用于活細胞及體內(nèi)研究熒光時間長：熒光時間較普通熒光分子長數(shù)千倍，便于長期跟蹤和保存結(jié)果量子點在生物上的應(yīng)用單個波長可激發(fā)所有的量子點，而不同染料分子的熒光探針需多個激QD可用于非同位素標(biāo)記的生物分子的超靈敏檢測，如在QD表面連接上巰基乙酸（HS-CH2COOH),從而使量子點既具有水溶性，還能與生物分子（如蛋白質(zhì)、多肽、核酸等）結(jié)合，通過光致發(fā)光檢測出QD，從而使生物分子識別一些特定的物質(zhì)。SchematicofaZnS－CappedCdSeQDthatiscovalentlycoupledtoprotein量子點在生物上的應(yīng)用QD可用于非同位素標(biāo)記的生物分子的超靈敏檢測，如在QD表面連量子點在生物上的應(yīng)用將不同熒光特征的量子點組合進內(nèi)部鏤空的高分子小球,從而形成具有不同光譜特征和亮度特征的可標(biāo)記到生物大分子上的熒光納米球。Taylor等人用納米球標(biāo)記的蛋白質(zhì)來測定拉直的單個DNA分子，EcoRI酶能與20nm大小的熒光納米球通過酰胺鍵結(jié)合，通過12個氫鍵識別雙螺旋DNA分子的特定順序。量子點在生物上的應(yīng)用將不同熒光特征的量子點組合進內(nèi)部鏤空的高量子點在生物上的應(yīng)用量子點在生物上的應(yīng)用與蛋白質(zhì)偶聯(lián)，形成生物傳感器，測定生物體內(nèi)物質(zhì)的特性。量子點在生物上的應(yīng)用與蛋白質(zhì)偶聯(lián)，形成生物傳感器，測定生物體內(nèi)物質(zhì)的特性。量子點量子點在生物上的應(yīng)用量子點在生物上的應(yīng)用納米科技概論-第四章量子點講義課件量子點在生物上的應(yīng)用溫度的高低直接影響到量子點顆粒的大小，一般情況T越高，制得量子點的顆粒越小，發(fā)出的熒光波長越短，因此顆粒大小不同的量子點，可以顯示出不同的顏色：量子點在生物上的應(yīng)用溫度的高低直接影響到量子點顆粒的大小，一量子點在生物上的應(yīng)用用于追蹤神經(jīng)細胞膜中的氨基乙酸受體的活動性及擴散性量子點在生物上的應(yīng)用用于追蹤神經(jīng)細胞膜中的氨基乙酸受體的活動生物芯片技術(shù)：量子點色彩的多樣性滿足了對生物高分子（蛋白質(zhì)、DNA）所蘊含海量信息進行分析的要求：將聚合物和量子點結(jié)合形成聚合物微珠，微珠可以攜帶不同尺寸（顏色）的量子點，被照射后開始發(fā)光，經(jīng)棱鏡折射后傳出，形成幾種指定密度譜線（條形碼），這種條形碼在基因芯片和蛋白質(zhì)芯片技術(shù)中有光明的應(yīng)用前景。生物芯片技術(shù)：量子點色彩的多樣性滿足了對生物高分子（蛋白質(zhì)、幻彩量子點制防偽鈔票由于量子點的大小反射出不同顏色的可見光（2nm的量子點可反射出綠光，5nm則反射出紅光），美國曼徹斯特大學(xué)化學(xué)教授奧布賴恩有意用它來制造新的防偽鈔票上的條碼?；貌柿孔狱c制防偽鈔票由于量子點的大小反射出不同顏色的可見光（探測DNA及蛋白質(zhì)的性質(zhì)研究人員已經(jīng)能夠把多種量子點的混合物封裝進百萬分之一米直徑的橡膠球內(nèi)，這些橡膠小球會放射出不同顏色的光。研究人員可以用這些橡膠小球分別標(biāo)記不同的基因序列或抗體，方便研究人員辨認不同的DNA或抗體蛋白,為進一步探測DNA或抗體蛋白的性質(zhì)提供了一種新的方法。探測DNA及蛋白質(zhì)的性質(zhì)研究人員已經(jīng)能夠把多種量子點的混合物用疏水的改良聚丙烯酸包被量子點,使之與免疫球蛋白G和鏈霉親和素相結(jié)合,使其能準(zhǔn)確的結(jié)合并標(biāo)記細胞表面蛋白、細胞支架蛋白和細胞核內(nèi)的蛋白質(zhì)上，利用其抗漂白的性能，通常對于定量檢測熒光分子及生物活細胞的模擬具有很大的價值。用疏水的改良聚丙烯酸包被量子點,使之與免疫球蛋白G和用量子點檢測腫瘤細胞Quantumdotsmodifiedwithantibodiestohumanprostatespecificmembraneantigenlightupmurinetumorsthatdevelopedfromhumanprostatecells.用量子點檢測腫瘤細胞Quantumdotsmodifie科學(xué)家們將轉(zhuǎn)鐵蛋白與量子點共價交聯(lián),讓宮頸癌細胞“吞”進量子點內(nèi),使連接了量子點的轉(zhuǎn)鐵蛋白仍然具有生物活性，實現(xiàn)單色長期熒光標(biāo)記觀察。他們采用兩種大小不同的量子點標(biāo)記小鼠的成纖維細胞,一種發(fā)射綠色熒光,一種發(fā)射紅色熒光,并且將發(fā)射紅色熒光的量子點特異地標(biāo)記在細胞內(nèi)肌動蛋白絲上,而發(fā)射綠光的量子點與尿素和乙酸結(jié)合,這樣的量子點與細胞核具有高親和力,并且可以同時在細胞中觀察到紅色和綠色的熒光，從而實現(xiàn)雙色熒光標(biāo)記觀察?？茖W(xué)家們將轉(zhuǎn)鐵蛋白與量子點共價交聯(lián),讓宮頸癌細胞“吞”進量在生物檢測中的其它應(yīng)用把量子點分別同生物素、尿素、醋酸鹽和某種抗體鏈接了起來，成功地到達了特定的細胞結(jié)構(gòu)；可以有許多種分子用作量子點的導(dǎo)引物質(zhì)，包括核酸、細胞膜上的脂質(zhì)、同載體蛋白質(zhì)或載體糖聯(lián)系緊密的蛋白質(zhì)，還有一些藥物可以把量子點導(dǎo)引到特定細胞結(jié)構(gòu)中去；研究人員正致力于量子點在神經(jīng)遞質(zhì)研究（了解神經(jīng)信號傳導(dǎo)的研究）中的應(yīng)用。他們將量子點標(biāo)記在一種重要的神經(jīng)遞質(zhì)5-羥色胺上,然后觀察了轉(zhuǎn)運蛋白是怎樣推動神經(jīng)遞質(zhì)在將信號通過相鄰神經(jīng)細胞的間隙傳遞后，又回到細胞中的過程；可以應(yīng)用在醫(yī)學(xué)成像技術(shù)中。在生物檢測中的其它應(yīng)用把量子點分別同生物素、尿素、醋酸鹽和某小結(jié)總的來說，由于量子點技術(shù)有其獨特的標(biāo)記特點,它必將成為今后生物分子檢測的尖端技術(shù)，為DNA檢測(DNA芯片)、蛋白質(zhì)檢測(蛋白質(zhì)芯片)和探索蛋白質(zhì)－蛋白質(zhì)之間(抗原－抗體、配體－受體、酶－底物)反應(yīng)原理提供更先進的方法。同時也將極大的推動生物顯像技術(shù)和生物制藥技術(shù)的迅猛發(fā)展，給疾病的診斷和治療帶來巨大進步。小結(jié)總的來說，由于量子點技術(shù)有其獨特的標(biāo)記特點,它必將成為今應(yīng)用舉例1應(yīng)用舉例1應(yīng)用舉例（一維納米線）p1應(yīng)用舉例（一維納米線）p1應(yīng)用舉例p2應(yīng)用舉例p2應(yīng)用舉例U1A：是一種RNA剪切因子，和系統(tǒng)性紅斑狼瘡、混合性結(jié)締組織疾病有關(guān)，是自身抗原，即抗體攻擊對象。10E3：一種單克隆抗體，特異結(jié)合U1A。這個反應(yīng)用石英晶體微量天平也可以測，但利用碳納米管的電導(dǎo)特性，靈敏度能提高100倍。（碳納米管）應(yīng)用舉例U1A：是一種RNA剪切因子，和系統(tǒng)性紅斑狼瘡、混合應(yīng)用舉例

（單壁納米管）p1應(yīng)用舉例

（單壁納米管）p1應(yīng)用舉例

（單壁納米管）p2應(yīng)用舉例

（單壁納米管）p2應(yīng)用舉例

（碳納米管）應(yīng)用舉例

（碳納米管）（2）量子點的生物熒光標(biāo)記應(yīng)用

量子點的應(yīng)用可以補充現(xiàn)有的有機熒光技術(shù)。利用細胞標(biāo)記量子點能夠做到：跟蹤細胞遷移原位雜交全動物造影劑病原體檢測基因組和蛋白質(zhì)組的檢測熒光共振能量轉(zhuǎn)移傳感器（FRET）高通量篩選的生物分子

以上都可以說明量子點可以廣泛的作為一種實用的工具。（2）量子點的生物熒光標(biāo)記應(yīng)用量子點的應(yīng)用可以補充現(xiàn)

量子點已成為臨床醫(yī)學(xué)上鑒別某些生物標(biāo)志的重要生物技術(shù)手段。

Goldman等人用四種不同顏色的量子點分別于康霍毒素、蓖麻毒素、志和菌毒素1和葡萄球菌腸毒素B抗體偶聯(lián)，在一個微孔板上實現(xiàn)四種毒素的同時檢測。量子點已成為臨床醫(yī)學(xué)上鑒別某些生物標(biāo)志的重要生熒光共振能量轉(zhuǎn)移（FRET）

當(dāng)一個熒光分子（又稱為供體分子）的熒光光譜與另一個熒光分子（又稱為受體分子）的激發(fā)光譜相重疊時，供體熒光分子的激發(fā)能誘發(fā)受體分子發(fā)出熒光，同時供體熒光分子自身的熒光強度衰減。此種現(xiàn)象即稱為熒光共振能量轉(zhuǎn)移（FRET）。

熒光共振能量轉(zhuǎn)移是指在兩個不同的熒光基團中，如果一個熒光基團（供體Donor）的發(fā)射光譜與另一個基團受體Acceptor）的吸收光譜有一定的重疊，當(dāng)這兩個熒光基團間的距離合適時（一般小于100A），就可觀察到熒光能量。熒光共振能量轉(zhuǎn)移（FRET）當(dāng)一個熒光分子（又稱為供體分

由供體向受體轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象，即以前一種基團的激發(fā)波長激發(fā)時，可觀察到后一個基團發(fā)射的熒光。

發(fā)生條件能量供給體－接受體（D–A）對之間發(fā)生有效能量轉(zhuǎn)移的條件是苛刻的，主要包括：能量供體的發(fā)射光譜與能量受體的吸收光譜必須重疊；能量供體與能量受體的熒光生色團必須以適當(dāng)?shù)姆绞脚帕校荒芰抗w、能量受體之間必須足夠接近。此外，對于合適的供體、受體分子在量子產(chǎn)率、消光系數(shù)、水溶性、抗干擾能力等方面還有眾多的要求。由供體向受體轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象，即以前一種基團的激發(fā)波長激發(fā)高通量篩選生物分子

Nie等人巧妙地將不同數(shù)量的不同熒光特征的量子點組合進內(nèi)部鏤空的高分子小球，從而形成具有不同光譜特征和亮度特征的可標(biāo)記到生物分子上的球，發(fā)現(xiàn)將5—6種顏色，6種發(fā)光強度的量子點進行不同組合即可形成10000-40000種可識別編碼的量子點微球，如果發(fā)光強度的變化增加到lO種，就可以加工出100萬種可識別的編碼微球，理論上可以對100萬種不同的DNA或蛋白質(zhì)進行識別。

量子點技術(shù)與芯片技術(shù)結(jié)合可以實現(xiàn)超高通量篩選。芯片上有海量的蛋白質(zhì)，但是受到目前有機熒光染料的限制，一次通常只能將一種（或很少幾種)標(biāo)記了熒光探針的蛋白質(zhì)與芯片作用，要研究多個蛋白質(zhì)。高通量篩選生物分子Nie等人巧妙地將不同數(shù)量的不就只能重復(fù)上述操作。如果在研究中引入量子點編碼微球標(biāo)記物就可以做到“海量”對“海量”，用同一波長的光激發(fā)，同時檢測所有標(biāo)記的蛋白質(zhì)與芯片上的蛋白質(zhì)之間的相互作用，與現(xiàn)有的方法相比，效率會大大提高。下圖為復(fù)合熒光微粒的透射電鏡照片，每個微球中心含一個CdTe量子點。就只能重復(fù)上述操作。如果在研究中引入量子點編碼微球標(biāo)記物（3）QDs活體成像

對于活體成像，研究和開發(fā)熒光發(fā)射波長在700nm～2000am的熒光探針意義特別重大。因為在這個范圍的近紅外光在生物組織內(nèi)具有低吸收和散射的特點，從而可以獲得較大的穿透深度。遺憾的是CdSe和CdTe等近紅外量子點的熒光發(fā)射效率經(jīng)過生物相容性的表面修飾后，量子效率降低至17％，同時熒光發(fā)射峰變寬，且光穩(wěn)定性能較可見光范圍的量子點差?？贵w雖然對生物分子具有較高的親合力，但它將很大程度上增大了量子點的尺寸大小(5nm～30nm)，而且還限制了其它聚合體的應(yīng)用。目前用于活體成像的量子點的研究資料還不多，對于其走向臨床還存在很多的挑戰(zhàn)。（3）QDs活體成像對于活體成像，研究和開發(fā)熒光發(fā)射問題及挑戰(zhàn)

基于存在的挑戰(zhàn)必須解決以下問題：體內(nèi)成像量子點的最佳劑量的是多少？什么是體內(nèi)量子點動力學(xué)？如何防止量子點被網(wǎng)狀內(nèi)皮細胞吸收？這些量子點對動物是否有毒？問題及挑戰(zhàn)基于存在的挑戰(zhàn)必須解決以下問題：對于量子點最佳劑量，有報告稱在1nmol到30nmol.量子點的動力學(xué)研究還沒有得到徹底的調(diào)查，只有極少數(shù)的定量測量報告。網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)（RES）是人體具有防御機制的機構(gòu)，可以吸收量子點。如果量子點被吸收，則不能到達目標(biāo)地，量子點的利用效率降低。目前的一個解決方案是在量子點外覆PEG表面涂層。對于量子點最佳劑量，有報告稱在1nmol到30nmol.量子點的細胞毒性

由于量子點含有cd2+和se2+等重金屬毒性離子，而這些金屬離子對肺和腎臟都具有毒性。量子點的細胞毒性作用還是一個亟待解答的問題。在氧化和紫外光的輻照下，量子點的毒性與其濃度和表面修飾相關(guān)。量子點進行光氧化，釋放金屬離子，造成細胞的死亡。Shiohara等也通過實驗驗證了量子點毒性與其濃度劑量有關(guān)的結(jié)論，同時他還指出毒性與細胞類型有關(guān)。此外，量子點的毒性還與其所在生物微環(huán)境下的氧化、光分解和合成穩(wěn)定性等因素密切相關(guān)。另外，表面涂層對量子點對細胞的毒性作用的改善也應(yīng)該得到重視。雖然這些都是體外實驗提供的數(shù)據(jù)，但對體內(nèi)毒性評估也具有很大的參考價值。量子點的細胞毒性由于量子點含有cd2+和se2量子點的間歇閃爍行為

量子點始終處于發(fā)射態(tài)或者非發(fā)射態(tài)，兩者之間隨機轉(zhuǎn)換，這種“閃爍”行為在單個量子點熒光發(fā)射中特別明顯。隨著量子點的持續(xù)激發(fā)，量子點發(fā)射的熒光強度也隨著增強，稱作“光變亮”效應(yīng)。雖然在生物學(xué)的應(yīng)用中可能不是一個缺陷，但在定量實驗研究中是一個尚待解決的問題，截至目前還沒有得到徹底的解決。量子點的間歇閃爍行為量子點始終處于發(fā)射態(tài)或者