半导体量子点在生物荧光分析中的应用

　　1 量子点作为荧光染色剂的应用

　　以一种量子点为核，在表面外延生长另外一种晶格匹配、带隙更宽的半导体材料，形成“核壳型”纳米结构，如 Cd Se 表面生长 Z nS^[5]，可以充分钝化内核量子点表面，有效提高荧光量子产率^[6,7]。

　　对于表面钝化的量子点，荧光量子产率可高达60%^[5-7]，而且周围环境(如溶剂、p H 值、温度等)对荧光光谱特征影响较小，通过精确控制晶体表面包覆的组分，可使其稳定分散于大多数溶剂中(如对其表面进行亲水化处理后可均匀分散于水中)，因此可用作无机荧光染色剂。与传统的有机染色剂相比，量子点染色剂在生物荧光分析中具有以下优势：①　量子点荧光发射光谱的半峰宽可以达到30nm左右，比有机染色剂窄的多^{[5- 10]。}量子点发射光谱半峰宽的大小取决于粒子尺寸大小的均一性。若量子点中粒子的尺寸大小范围较大，就会得到较宽的发射光谱峰。对于多组成体系的荧光染色，必须尽可能减少不同发射谱峰之间的重叠，获得半峰宽小的发射光谱是解决问题的关键。②　量子点的最大荧光发射波长位置可调，可以使用同一激发光源同时进行多通道的检测^[11]。

　　量子点的最大荧光发射波长取决于粒子尺寸大小。对于表面钝化的单分散 Cd Se 量子点体系，调节粒子尺寸，最大荧光发射波长可以覆盖蓝光区至红光区^{[5- 10]。}最大荧光发射波长可以覆盖的范围由半导体材料的带隙宽度决定。因此，若在该合成条件下可以得到某种颜色的量子点染色剂，通过优化合成条件调节产物尺寸，一定可以得到其它颜色的染色剂产品。例如，细胞学家根据细胞结合的不同抗体将其分类，分子生物学家需要同时对成千上万个DNA寡聚核苷酸进行检测，单通道的荧光染色剂只能对同一样品进行反复多次检测，费时、费力、费试剂，有时候甚至是不可能的，虽然可以找到具有不同发射波长的有机荧光染色剂，但同时具有相同激发波长和不同发射波长的有机染色剂却不多见。每种有机染料分子都需要自己相应的激发光源，半导体量子点组成和粒径大小不同时可以发出不同波长的光，再加上前面所述的半峰宽窄、峰形对称的优势，这样，在一个可检测的光谱范围内可以同时使用不同颜色的量子点进行染色。两种“核壳”结构的半导体量子点，一种发出绿色荧光，一种发出红色荧光，用于生物材料染色后已经成功实现了同一个光源激发的双通道检测，更多的有关双通道检测的工作正在进行中^[12]。③　量子点 InP、InAs可以获得 700～1500nm多种发射波长的荧光材料，可以填补普通荧光分子在近红外光谱范围内种类少的不足^[13,14]。