硅壳包被的核壳型量子点荧光纳米颗粒的制备及其细菌计数的应用
DOI ：10．3724/SP．J．1096．2012．20033硅壳包被的核壳型量子点荧光纳米颗粒的制备
及其细菌计数的应用
傅昕*1,2
张何1黄可龙21（湖南工程学院化学化工学院，湘潭411104）
2（中南大学化学化工学院长沙410083）摘要以氧化镉和硬脂酸锌为前驱体，合成了CdSe/ZnS 核壳型量子点（QDs ）。采用反相微乳液技术，在温
和条件下实现了硅壳包被的CdSe/ZnS 荧光纳米颗粒的成功制备。在戊二醛的交联作用下，
以金黄色葡萄球菌（S．aureus ）为目标细菌、荧光纳米颗粒为荧光探针，建立了一种高灵敏的、简单快速的细菌计数的方法，并
借助荧光显微镜成功地进行成像探测研究。通过考察荧光纳米颗粒与细菌的孵育时间、包入硅壳的核壳量子
点质量等多种因素的影响。在最优化条件下，本方法的线性范围为5?102 5?107CFU /mL ；检出限
为500CFU /mL ；线性回归方程为Y =494．96749X －1194．25738（R =0．9960）。本方法操作简单，检测时间短，有效克服了传统平板计数方法和基于有机染料的荧光检测方法存在的缺陷，提高了灵敏度。将此法用于6种
实际样品的细菌数量测定，
检测结果与平板计数方法基本一致，相对标准偏差在3．1% 8．2%之间，结果令人满意。
关键词硅壳包被的CdSe /ZnS 荧光纳米颗粒；反相微乳液技术；荧光探针；细菌计数
2012-01-10收稿；2012-03-16接受
本文系国家自然科学基金（No．21005067）、湖南省自然科学基金（No．11JJ4015）资助。
*E-mail ：fuxin1129@hotmail．com
1引言
量子点（QDs ）是一种由Ⅱ-Ⅵ族和Ⅲ-Ⅴ族元素组成的纳米颗粒。与传统的有机染料荧光探针相比，量子点具有激发光谱宽、发射光谱对称、半峰宽窄，发射波长可调以及光化学稳定性高等特点,在
生物学、医药学、食品和环境等领域有着广泛的应用[1 4]。由于裸量子点（如CdSe ）易受杂质和晶格缺
陷的影响，其量子产率很低，化学家们经过多年努力，在核表面覆盖另一层晶体结构相似、带隙更大的半
导体材料（如ZnS ），
使量子点表面无辐射重组位置被钝化、减少激发缺陷、消除非辐射驰豫，使荧光量子产率和光热稳定性都得到显著的提高[5，6]。然而,目前高性能的核壳型量子点均是在有机溶剂中制备
的，具有疏水性，在与生物分子相连时需进行表面基团转换。而二氧化硅材料具有制备简单、易于表面
进一步修饰及好的生物相容性等优点，成为当前最佳的包裹材料之一[7 10]。
细菌（尤其是病原菌）的检测涉及食品安全检验、疾病诊断以及环境监测等领域，与人类健康息息相关。传统的细菌检测方法，灵敏度低、费时耗力，不能满足当前食品安全快速检测的要求。近年来发展的酶联免疫法[11]、PCR 法[12]和流式细胞计数法[13]等新方法，也存在仪器昂贵、样品需富集等局限性。而荧光检测方法有效的克服了这些缺点，有利于快速、有效地对原始样品进行细菌计数[14]。虽然已有一些用量子点标记抗原和酶特异性检测病原体的报道，但是快速进行细菌总数测定的研究还很少。而硅壳型量子点荧光标记技术比传统有机染料荧光标记技术具有更高的灵敏度和光稳定性，可用于细菌的快速、灵敏的定量检测。本研究以氧化镉和硬脂酸锌代替有机金属为前驱体，合成了CdSe/ZnS 核壳型量子点，采用反相微乳液技术，在温和条件下实现了表面带氨基和磷酸基团的硅壳包被的CdSe/ZnS 荧光纳米颗粒的成功制备。在戊二醛的交联作用下，以金黄色葡萄球菌（S．aureus ）为目标细菌，建立了一种高灵敏的、简单快速的细菌计数方法。本方法适用于食物或环境细菌污染程度、疾病感染程度的快速检测。2
实验部分2．1仪器和试剂
F -2500型荧光分光光度计（日本日立公司）；JEOL JEM -1230型透射电镜（TEM ，日本电子株式会第40卷
2012年8月分析化学（FENXI HUAXUE ）研究报告Chinese Journal of Analytical Chemistry
第8期1169 1174
0711分析化学第40卷
社）；Zeiss荧光倒置显微镜（Zeiss Axio Observer Z1）。
三辛基氧化膦（TOPO,90%）、三辛基膦（TOP,98%）、十六烷基胺（HDA,90%）、油酸（90%）、氧化镉（99.9%）、硬脂酸锌（95%）、Se粉（200目,＞99.5%）、硫粉（99.5%）、环己烷及Igepal CO-520均购自Sigma-Aldrich公司；戊二醛、3-氨丙基三乙氧基硅烷（APS,95%）、正硅酸乙酯（TEOS,99.9%）和3-（三羟基甲硅烷基）-丙甲基膦酸酯（THPMP,42%）均购自北京百灵威化学试剂有限公司。
2．2CdSe/ZnS核壳量子点的合成
CdSe核的制备：参照并改进文献［15］的方法，在N
保护下，将39．5mg硒粉溶入2．5mL TOP中，
2
得到Se的前驱体溶液（TOPSe）。向三颈烧瓶中依次加入51．4mg CdO，1．15g TOPO和2．85g HDA，缓慢加热到270?，再加入250!L油酸。快速加入TOPSe，在270?反应30min。所得的纳米粒子在无水甲醇中沉积离心，真空干燥得CdSe量子点。
CdSe/ZnS核壳量子点的制备：在N
保护下，将0．316g硬脂酸锌溶于2．5mL甲苯中，得Zn前驱体
2
溶液；16mg S粉溶于2．5mL TOP中，得S前驱体溶液。向三颈烧瓶中加入20mg CdSe、4mL正庚烷、2．5g TOPO和1．5g HDA。混合溶液加热至190?，将Zn、S的前驱体溶液缓慢加入反应器中，保持温度在190 200?，反应1h，即得CdSe/ZnS核壳量子点。
2．3硅壳包被的核壳型量子点荧光纳米颗粒的合成
在2mg CdSe/ZnS中加入20!L0．1mol/L APS/环己烷溶液，搅拌直到混合溶液变清；在4．5mL环己烷中加入250mg Igepal CO-520，搅拌30min使其完全溶解，形成透明的反相微乳液体系；将上述2种溶液混合，30min后，加入100!L TEOS，同时加入60!L25%氨水以促进其水解［16，17］，反应24h后，加入40! L THPMP继续反应24h；反应完成后破乳分离颗粒，分别利用乙醇、甲醇和水在3000r/min下离心3次，最后
荧光纳米颗粒）。
获得表面带氨基及磷酸基团的硅壳包被的CdSe/ZnS荧光纳米颗粒（CdSe/ZnS/SiO
2
2．4实验方法［18］
在200!L CdSe/ZnS/SiO
荧光纳米颗粒中加入200!L1%戊二醛溶液，形成高浓度戊二醛体系，避
2
免量子点由于自身缩合反应而引起聚沉。经离心除掉过量的戊二醛，再加入适量金黄色葡萄球菌，在37?反应10 90min。混合溶液通过0．22!m超滤膜纯化，除去过量的量子点。同时不加戊二醛的反应体系做对照实验。
3结果与讨论
3．1CdSe/ZnS和CdSe/ZnS/SiO
荧光纳米颗粒的性能表征
2
荧光纳米颗粒的荧光发射光谱（图1A）可见，包硅壳前的量子由CdSe/ZnS QDs和CdSe/ZnS/SiO
2
点峰型窄而对称，表明该量子点尺寸分布较窄，具有良好的单分散性能。包壳后，最大发射峰位几乎没有变化，峰形有所加宽，但对称性依然很好，没有拖尾现象，荧光强度大但比之前略有减低，原因可能为：（1）CdSe/ZnS量子点与硅网结构之间的作用阻碍了量子点的荧光发射[7,18]；（2）制备和处理过程导致了量子点的损失[19]。图1B和图1C分别是CdSe/ZnS/SiO
荧光纳米颗粒在紫外灯照射下和日光下的图
2
荧光纳米颗粒具有很强的红色荧光。考察了放置时间对于纳米颗粒像。紫外灯照射下，CdSe/ZnS/SiO
2
稳定性的影响,结果表明,该纳米颗粒较稳定，不易降解，表面硅网结构极大地阻止了氧气分子的进入，使得量子点的抗光漂白性能增强，常温下放置6个月,其荧光强度仅下降了3.2%。
纳米颗粒由于比表面积大而易于团聚,而用微乳液法制备的纳米颗粒具有很好的分散性[20]。图2为CdSe/ZnS和CdSe/ZnS/SiO
荧光纳米颗粒的TEM图。包硅壳前的量子点大小约为5nm，并且分布
2
均匀，很少团聚。包硅壳后的复合荧光纳米颗粒大小约为100nm，且同样分布均匀，很少团聚，具有良好的单分散性和均一性（图2B）。
3．2硅壳型量子点荧光纳米颗粒的合成和细菌检测原理
在反相微乳液法中，Igepal CO-520作为表面活性剂，增强了CdSe/ZnS量子点的表面活性。在氨水
并的催化下，TEOS在微乳液体系中与量子点充分接触，并在其表面发生自身水解反应，生成Si（OH）
4
在纳米反应池中发生缩聚反应，形成具有三维网状结构的二氧化硅外壳，从而将内核材料包被在二氧化
图1
CdSe/ZnS QDs 和CdSe/ZnS/SiO 2荧光纳米颗粒的荧光光谱图（A ）；CdSe/ZnS/SiO 2荧光纳米颗粒在紫外灯照射下（B ）和日光下（C ）的图像
Fig ．1Fluorescence spectra of CdSe/ZnS quantum dots （QDs ）and CdSe/ZnS/SiO 2fluorescent nanop -articles （A ）；The photographs of CdSe/ZnS/SiO 2fluorescent nanoparticles with amino groups under UV
light （B ）and daylight （C ）
图2
CdSe/ZnS （A ）和CdSe/ZnS/SiO 2荧光纳米颗粒（B ）的透射电镜显微镜图像
Fig ．2TEM image of CdSe/ZnS （A ）and CdSe/ZnS/SiO 2fluorescent nanoparticles （B ）硅壳层内［19，21，22］，且硅壳厚度随TEOS 浓度的增加而
增大［16］。二氧化硅改性后由于其表面只带有羟基，
不利于偶联生物分子。为此，利用带有氨基的硅烷
偶联试剂APS ，在已形成的二氧化硅颗粒表面形成
一层单分子层，使其氨基化。另一方面，纳米颗粒表
面的氨基倾向于吸附H +，
故呈正电性，容易与二氧化硅表面呈负电性的硅羟基发生作用导致聚沉，通
过加入磷酸硅烷化试剂THPMP 可以有效的阻止纳
米颗粒的聚沉［18］。在戊二醛交联的作用下，氨基化的荧光纳米颗粒可与细菌细胞膜表面蛋白的氨基结合（图3）。细菌的数量越多，
与其结合的荧光纳米颗粒也越多，体系荧光强度也越大，从而根据荧光强度的变化达到定量检测细菌的目的
。
图3
CdSe /ZnS /SiO 2荧光纳米颗粒的合成和细菌的检测原理Fig．3Synthesis and coupling process of CdSe /ZnS /SiO 2fluorescent nanoparticles with bacterial cells
3．3CdSe /ZnS /SiO 2荧光纳米颗粒和细菌孵育时间的选择
在戊二醛存在下，荧光纳米颗粒与适量的金黄色葡萄球菌在37?分别反应10 90min ，结果如图4A 所示。体系的荧光强度在70min 内随时间的延长而升高，当反应时间到70min ，荧光强度达到最大值，此时复合纳米颗粒与细菌基本结合完全，反应已经完成。故本实验选择孵育时间为70min 。1
711第8期傅昕等：硅壳包被的核壳型量子点荧光纳米颗粒的制备及其细菌计数的应用
2711分析化学第40卷
3．4包入硅壳里的CdSe/ZnS QDs质量对体系荧光强度的影响
考察了包裹在硅壳里的CdSe/ZnS量子点质量对于体系荧光强度的影响（图4B），分别对0．5，1，1．5和2mg的量子点进行包硅壳实验。结果表明，体系的荧光强度随着包入硅壳的量子点质量的增加而增大。原因可能为以下两点：（1）在油包水形成的微囊中同步水解，可以将多个CdSe/ZnS量子点包裹到同一硅壳中，量子点越多，包入硅壳的量子点就越多，因而荧光强度增强；（2）由于TEOS/QDs的比例下降，平均每个量子点表面所包硅壳厚度减少，也能造成荧光强度的增强。但是由于浓度过大的量子点会造成自猝灭。因此，选用包入硅壳的量子点质量为2mg 。
图4（A）孵育时间对体系荧光强度的影响；（B）包入硅壳里的CdSe/ZnS QDs质量对体系荧
光强度的影响
-bacteria reaction time on the fluorescence intensity；
Fig．4（A）Effect of CdSe/ZnS/SiO
2
（B）Effect of the amount of CdSe/ZnS QDs upon the fluorescence intensity
3．5CdSe/ZnS/SiO
荧光纳米颗粒与细菌结合后的荧光显微镜成像
2
荧光纳米颗粒与细菌结合的效果，将其在荧光显微镜下进行荧光为考察氨基化的CdSe/ZnS/SiO
2
成像（图5）。硅壳型荧光纳米颗粒在戊二醛的交联作用下，能够与细菌成功结合，表现出较强的荧光（图5B），进一步证实了反应的基本原理。作为平行对照实验，将未加戊二醛的反应体系也进行了荧光显微
荧光纳米颗粒不能与细菌结合，细菌表面观察不到荧光信号的表达。由镜成像（图5C），CdSe/ZnS/SiO
2
荧光纳米颗粒具有良好的特异性，为其定量检测奠定了基础。此说明，制备的氨基化的CdSe/ZnS/SiO
2
荧光纳米颗粒与金黄色葡萄球菌结合的明视场成像
图5戊二醛作用下，CdSe/ZnS/SiO
2
（A）和荧光成像（B）；无戊二醛时，CdSe/ZnS/SiO
荧光纳米颗粒与金黄色葡萄球菌结合
2
的荧光成像（C）
Fig．5Bright-field（A）and fluorescence images of S．aureus cells（B）treated with CdSe/
fluorescent nanoparticles and glutaraldehyde；（C）Fluorescence images of S．aureus
ZnS/SiO
2
（without glutaraldehyde）
cells treated with CdSe/ZnS/SiO
2
3．6检测范围和检出限的考察
荧光纳米颗粒对细菌定量测定的线性范围和最低检测浓在最优检测条件下，基于CdSe/ZnS/SiO
2
度如图6所示。金黄色葡萄球菌总数量在5?102 5?107CFU/mL范围内时，体系的相对荧光强度随细菌数量的增加而迅速增大；金黄色葡萄球菌总数量缓慢增大到1?108CFU/mL，相对荧光强度基本保持
不变。并且当金黄色葡萄球菌总数量在5?102 5?107CFU /mL 范围内时，细菌总数与体系荧光强度呈
现出良好的线性关系（图6B ），线性回归方程为Y =494．96749X －1194．25738（R =0．9960）。由此可以
得出，该方法的线性范围宽，检出限也非常低（5?102CFU /mL ），比常用的平板计数法低10 20倍，且优
于近年来报道的基于ATP 的生物荧光检测方法［23］（检出限为103CFU /mL ）和基于有机染料SYBR
Green II 的荧光检测方法［18］（检出限为105CFU /mL ）。并且本方法重现性好，总反应时间短（从加样到
获得最后的信号少于2h ）。综上所述，
基于氨基修饰的CdSe /ZnS /SiO 2荧光纳米颗粒是一种理想的荧光纳米材料，可用于一定数量范围内细菌的定量测定研究
。
图6
S．aureus 数量与体系荧光强度的标准曲线图（A ）和线性关系图（B ）Fig．6
Calibration plot （A ）and the linear calibration data （B ）of the fluorescence intensity vs．the total count of S．
aureus 表1实际样品的检测结果Table 1Analytical results for real samples Samples Plate count method （CFU /mL ）This method （CFU /ml ）RSD （%，n =6）Overnight culture of E．coli 3．3?1053．2?0．1?1053．1Streptoccus hemolyticus 6．0?1045．8?0．2?1043．4Soil 0．2?1050．16?0．01?1056．3Juice 5．6?1065．8?0．3?1065．2Urine 1（S．aureus ）6．4?1036．8?0．5?1057．4Urine 2（Mixed bacteria ）7．5?1067．3?0．6?1068．2
3．7样品分析
为了进一步证实本方法的可行性
和实用性，采用方法测定了实际样品
的细菌计数。表1为6个实际样品的
测定结果。所有样品在测试前都需经
过离心过滤纯化。6个实际样品的测
试结果和常用的平板计数法基本一
致，相对标准偏差（RSD ）都在3．1%
8．2%之间。由此可见，本研究为快速检测环境细菌污染程度、
疾病感染程度提供了一种切实可行的新方法。References
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Synthesis of Core/Shell Quantum Dots Doped Silica Nanoparticles and Their Application for Detecting Bacterial Count
FU Xin*1，2，ZHANG He1，HUANG Ke-Long2
1（School of Chemistry and Chemical Engineering，Hunan Institute of Engineering，Xiangtan411104，China）
2（Department of Chemistry and Chemical Engineering，Central South University，Changsha410083，China）
Abstract CdSe/ZnS core/shell quantum dots（QDs）were synthesized with cadmium oxide and zinc stearate as precursors．A reverse-microemulsion technique was used to synthesize CdSe/ZnS quantum dots doped silica nanoparticles modified with amine and phosphonate groups under very mild conditions．A highly sensitive，simple and rapid counting approach for bacteria was established by using fluorescent nanoparticles as a fluores-cence label，Staphylococcus aureus（S．aureus）acted as detection target bacteria and glutaraldehyde as the crosslinker．The bacterial cell images were obtained using fluorescence microscopy．The effect of parameters
-coated fluorescent nanoparticles was discussed．such as reaction time and the amount of CdSe/ZnS in SiO
2
Under the optimized conditions，a linear relationship of the fluorescence peak intensity（Y）and the total bac-terial count（X）was established in the range of5?102－107CFU/mL using the equation Y=494．96749X－1194．25738（R=0．9960）．This method shows a bright application prospect for detection of the total bacterial count due to its several advantages such as rapid，technically simple and high sensitivity while compared with the conventional plate counting and organic dye-based method．Results of determination for the total count of bacteria in six real samples were identical with the conventional plate count method，and the relative standard deviation（3．1%－8．2%）were satisfactory．
Keywords Cadmium selenide/zinic sulfide quantum dots doped silica nanoparticles；Reverse microemul-sion；Fluorescence label；Bacterial count
（Received10January2012；accepted16March2012）
量子点与生物标记
量子点与生物标记 应化1002班王艳 荧光分析法是生物学研究中十分重要的方法之一,其检测灵敏度很大程度上取决于标记物的发光强度和光化学稳定性。目前使用的大多数荧光试剂如有机荧光染料等存在着光学稳定性较差、激发光谱范围窄、发射光谱较宽、与生物分子的背景荧光难以区分等不可忽视的弱点,导致应用中灵敏度下降。量子点作为一种新型的荧光纳米材料,弥补了有机染料的上述缺点,引起分析化学和生命科学领域的广泛关注。 量子点即半导体纳米粒子，也称半导体纳米晶,是指半径小于或接近于激子玻尔半径的半导体纳米晶粒。它们由n-VI族或n l-V族元素组成，性质稳定，能够接受激发光产生荧光，具有类似体相晶体的规整原子排布。在量子点中，载流子在三个维度上都受到势垒的约束而不能自由运动。需要指出的是，并非小到100nm以下的材料就是量子点，真正的关键尺寸取决于电子在材料内的费米波长。只有当三个维度的尺寸都小于一个费米波长时，才称之为量子点。 量子点独特的性质基于它自身的量子效应，当颗粒尺寸进入纳米量级时，尺寸限域将引起库仑阻塞效应、尺寸效应、量子限域效应、宏观量子隧道效应和表面效应，从而派生出纳米体系具有常观体系和微观体系不同的低维物性，展现出许多不同于宏观材料的物理化学性质 作为荧光探针，量子点的光学特性比在生物荧光标记中常用的传统有机染料有明显的优越性: (l)宽的激发波长范围及窄的发射波长范围，可以使用小于其发射波长的任意波长激发光来激发，并且可以通过改变QDs的物理尺寸对荧光峰位进行调控。这样就可以使用同一种激发光同时激发多种量子点，从而发射出不同波长的荧光，进行多元荧光检测。相反多种染料的荧光(多种颜色)往往需要用多种激光加以激发，这样不仅增加了实验费用，而且使分析系统变得更加复杂。此外，由于QDs的这种光学特性，可以在其连续的激发谱中选取更为合适的激发波长，从而使生物样本的自发荧光降到最低点，提高分辨率和灵敏度。 (2) 量子点具有较大的斯托克斯位移(stokes shift)，能够避免发射光谱与激发光谱的重叠，从而允许在低信号强度的情况下进行光谱学检测。生物医学样本通常有很强的自发荧光背景，有机荧光染料由于其Stokes位移小，检测信号通常会被强的组织自发荧光所淹没，而Q Ds的信号则能克服自发荧光背景的影响，从背景中清楚地辨别检测信号。QDs的荧光发射光谱相对狭窄，因此能同时显现不同颜色而无重叠，这样就能在实验中同时进行不同组分的标记。 (3) 量子点的发射峰窄而对称，重叠小，相互干扰较小，在一定程度上克服了光谱重叠所带来的问题。 (4) 量子点的发射波长可通过控制其大小和组成调节，因而有可能任意合成发射所需波长的量子点，大小均匀的量子点谱峰为对称的高斯分布; 此外，量子点hiP、InAs能够发射700~1500nm多种波长的荧光，可以填补普通荧光分子在近红外光谱范围内种类很少的不足。对于一些不利于在紫外和可见区域进行检测的生物材料，可以利用半导体量子点在红外区域染色，进行检测，完全避免紫外光对生物材料的伤害，特别有利于活体生物材料的检测，同时大幅度降低荧光背景对检测信号的干扰。 (5) 量子点的抗光漂白能力强,有高度光化学稳定性,是普通荧光染料的100
纳米标记材料荧光碳点的制备探析论文
纳米标记材料荧光碳点的制备探析论文 纳米标记材料荧光碳点的制备探析全文如下： 近年来，半导体荧光量子点因其优良的光电性能在生物、医学及光电器件等领域得到了广泛应用.但是用于生物和医学领域最成熟的 量子点，大多是含重金属镉的CdTe，CdSe和CdS等量子点，限制了 其在生物医学领域的应用.因此，降低和消除荧光量子点的毒性，一 直是研究者密切关注的课题.直到2006年，Sun等用激光消融碳靶物，经过一系列酸化及表面钝化处理，得到了发光性能较好的荧光 碳纳米粒子—碳量子点(CQDs). 作为新型荧光碳纳米材料，碳量子点不仅具有优良的光学性能与小尺寸特性，还具有很好的生物相容性、水溶性好、廉价及很低的 细胞毒性，是替代传统重金属量子点的良好选择.水溶性碳量子点因 其表面具有大量的羧基、羟基等水溶性基团，并且可以和多种有机、无机、生物分子相容而引起广泛关注，这些性质决定了碳量子点在 生物成像与生物探针领域有更大的应用前景.ZhuH和王珊珊等将 PEG-200和糖类物质的水溶液进行微波加热处理，得到了具有不同 荧光性能的碳量子点，虽然利用微波合成碳量子点可以合成修饰一 步实现，但是与水热法相比荧光量子的产率并没有显著地提高.目前，该领域的科研工作主要集中在3个方面:碳量子点形成与其性能的机 理特别是光致发光机理、如何简单快速的制备出性能优异的碳量子 点以及碳量子点如何成功高效地应用于实际之中. 本文采用单因素法分析影响荧光碳量子点合成的几种因素，寻求高性能荧光碳量子点的最佳合成条件，并比较微波法和水热法合成 荧光碳量子点的优劣，为制备出高性能荧光纳米标记材料性能提供 一定的实验依据和科学方法. 1实验部分 1.1试剂与仪器
量子点的应用—一种新型的荧光定量检测技术
中国兽医杂志２００７年（第４３卷）第６期６９量子点的应用一一种新型的荧光定量检测技术 徐飞，丁双阳 （中国农业大学动物医学院，北京海淀１０００９４） 中图分类号：￥８５９．８４文献标识码：Ｅ文章编号：０５２９—６００５（２００７）０６—００６９—０２ 半导体量子点，简称量子点（ｑｕａｎｔｕｍｄｏｔｓ，ＱＤＳ），即材料的尺寸在三维空间进行约束并达到一定的临界尺寸（，－－Ｉ抽象为一个点），因此其表现出许多独特的光、电特性，特别是Ⅱ～ｙｌ族荧光量子点（如ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＣｄＳ等），一直以来都是人们研究的热点‘１｜。 传统上，这些材料一般用于电子、物理和材料工程领域，而１９９８年美国加州伯克里大学的Ａｌｉｖｉｓａｔｏｓ小组和印第安纳大学Ｎｉｅ小组几乎同时提出荧光量子点可应用于生物标记这一思想，并同时在（（Ｓｃｉｅｎｃｅ》发表了相应的研究结果，开创了荧光量子点在生物技术中研究应用的先河。随后，生物化学、分子生物学、细胞生物学、蛋白质组学、医学诊断、药物筛选和荧光检测等领域都不同程度的开展了相关的研究，取得了可喜的研究成果，而且荧光量子点在其他领域的新应用也如雨后春笋般涌现。本文重点综述了量子点的特性及其在荧光定量检测应用中的研究进展，并对其在食品安全检测方面的发展前景予以展望。 １与传统有机染料相比，量子点有以下的优势１．１量子点是无机半导体材料，激发谱宽，发射谱窄。可以通过单一波长激发，产生多种可被同时检测的发射颜色，因此可用于多色标记。而传统的有机染料正好与之相反。 １．２量子点的稳定性要远远高于有机染料分子。有资料表明，大约是１００倍。这点足以实现对一些生物过程的长时间跟踪标记。 １．３量子点通过调整粒径的大小得到不同颜色的荧光，使用一种偶联方法就可实现多色标记。而对于有机染料分子是不可能达到的［１］。 ２量子点在荧光检测中的应用 ２．１常规荧光检测法量子点在常规的荧光检测中的应用主要是荧光淬灭法。一些本身不发荧光的被分析物质可以使某种荧光化合物发生荧光淬灭，通过测量荧光化合物荧光强度的下降，可以间接的测定该物质的浓度。目前，我国对这方面的研究比较多，主要针对一些毒离子定量和快速测定。 严拯宇等［２３于２００５年首次报道了应用量子点进行药物分析的研究，建立了一种测定中药饮片中 收稿日期：２００６—０９—１１ 项目来源：国家自然科学基金项目（３０６７１５８５） 作者简介：徐飞（１９８１一），女，硕士生，主要从事兽医药理与毒理实验研究 通讯作者：丁双阳，Ｅ—ｍａｉｌ：ｄｉｎｇｓｙ＠ｃａｕ．ｅｄｕ．ｃｎ微量铜残留的方法。ＣｄＳｅ／ＺｎＳ核壳型量子点表面用牛血清白蛋白修饰后作为荧光探针，而Ｃｕ２＋在ｐＨ ７．４的缓冲液中的能使其发生荧光淬灭，因而间接测定了铜的含量。研究表明，Ｃｕ２＋浓度在０．６～６．０ ｎｇ／ｍｌ范围内有良好的线性关系（ｒ＝０．９９８９），检测限为０．１ｎｇ／ｍｌ，回收率在９３．６％～１０８．０％。而后，赖艳等［３３于２００６年也建立了一种测定微量铜的荧光检测方法并且对人发样品和茶叶样品做了检测。 研究表明，该方法干扰小，特异性强，反应灵敏，线性范围为４１．５～２４８．８ｎｇ／ｍｌ（ｒ＝０．９９２１），检出限为 ８．５ｎｇ／ｍｌ。 随着量子点在生物领域的应用日益广泛，人们也开始尝试着利用其进行生物大分子的测定。２００６年徐靖等［４］应用水相合成的ＣｄＴｅ／ＣｄＳ核壳型量子 点荧光探针成功的测定ＤＮＡ的含量。以巯基丙酸（ＨＳ。ＣＨ：ＣＨ。ＣＯＯＨ）为稳定剂水相合成了核壳型ＣｄＴｅ／ＣｄＳ量子点。基于ＤＮＡ对量子点荧光的淬灭 效应，建立了一种测定ＤＮＡ的荧光分析法，同时详细研究了ｐＨ、量子点浓度、离子强度、温度等条件对量子点荧光及ＤＮＡ测定的影响。研究表明，该方法 测定ｃｔＤＮＡ线性范围为５０．Ｏ～７５０．０ｎｇ／ｍｌ，检出限为２０ｎｇ／ｍｌ，７次重复测定５００ｎｇ／ｍｌｃｔＤＮＡ的相对标准偏差为２．０％。此方法简便快速，适用于合 成样品的测定。 ２．２免疫荧光检测方法美国华盛顿的Ｇｏｌｄｍａｎ研究小组长期以来一直致力于量子点标记抗体进行 免疫荧光检测的研究并取得了卓著的成果。首先，他们使用了一种重组蛋白作为ＱＤｓ和抗体的偶联物，通过静电作用完成对抗体的标记。而后，他们又寻找到了一种更为优秀的偶联物一生物素。生物素和亲和素既可偶联抗体等生物大分子，又可与多种标记物结合；生物素化的抗体还保持着原有的活性；１分子亲和素可与４分子的生物素结合，而结合力是抗原抗体反应的１万倍，从而产生多级放大效应，大大提高检测的灵敏度。２００３年［５］，他们应用此方法成功的检测了葡萄球菌Ｂ型肠毒素的含量，检测限为１０ｎｇ／ｍｌ。２００４年，Ｇｏｌｄｍａｎ等¨］用夹心免疫法同时检测霍乱毒素、蓖麻毒素、志贺样毒素１、葡萄球菌肠毒素Ｂ等４种毒素的混合物。实验表明，这种ＱＤｓ一抗体偶联物，既能同时检测，又可以进行定量分析。 此外，ＭｅｇａｎＡ等［７］也利用亲和素标记的ＣｄＳｅ／ＺｎＳ核壳型量子点，检测了大肠杆菌ＯⅢ：Ｈ，血清型病原的单个细胞，并把传统的有机染料和ＱＤｓ的作用进行对比，结果发现，ＱＤｓ标记的细胞检测限 万方数据
二氧化硅生物荧光纳米颗粒的制备与应用
第33卷第4期湖南农业大学学报(自然科学版) Vol.33 No.4 2007年8月Journal of Hunan Agricultural University (Natural Sciences) Aug．2007 文章编号：1007-1032(2007)04-0496-04 二氧化硅生物荧光纳米颗粒的制备与应用 谢文刚a，b (湖南农业大学a.理学院；b.东方科技学院，湖南长沙 410128) 摘要：以荧光染料(联吡啶钌配合物)为核，二氧化硅为外壳制备了荧光纳米颗粒．电镜检测结果显示，合成的二氧化硅纳米颗粒粒径为(20±3) nm，分布均匀，形态规则．对荧光纳米颗粒进行生物修饰得到荧光探针，以DNA碱基配对原则为基础建立检测DNA的方法，利用激光扫描共聚焦显微镜研究玻片上的荧光信号和荧光强度．结果表明，该方法不仅可定量检测到4.4×10－8 mol/L的目标DNA3，而且可定性检测目标DNA3、单碱基错配DNA4及随机序列DNA5，为发展DNA检测技术提供了新的思路． 关键词：荧光纳米颗粒；核酸探针；DNA检测 中图分类号： O644 文献标识码：A Synthesis and application of silicon dioxide biological fluorescent nanoparticles XIE Wen-gang a，b (a. College of Sciences；b. College of Orient Science Technology，HNAU，Changsha 410128，China) Abstract：The Fluorescence-doped silicon nanoparticles were synthesized in a microemulsion system of triton-100 /cyclohexane/ ammonia hydroxide and characterized by techniques of electron microscopy.Nanoparticles were modified with biotin-DNA1 in order to obtain fluorescence probe．A method to monitor target DNA3 was set up on the basis of princile of DNA base complementary. Fluorescence signals were monitored by laser-scanning confocal microscopy for the detection of surface-bound fluorescent nanoparticles．The results showed that target DNA3 of 4.4×10－8 mol/L can be monitored by this method，which can also identify target DNA3 and single base unmatched DNA4 and random DNA5 effectively．The method potentially serves as a useful platform in a number of biomedical applications where accurate and sensitive gene analysis is critical． Key words：biological fluorescent nanoparticles；nucleic acid probe；DNA detect 生命体内痕量活性物质的分析与检测对获取生命过程中的化学与生物信息、了解生物分子及其结构与功能的关系、阐释生命活动的机理以及疾病的诊断都具有重要意义[1-3]．生物荧光纳米颗粒的成功研制为在复杂的环境中进行最佳的单分子研究提供了条件．生物荧光纳米颗粒的粒径为1～100 nm，具有巨大的比表面、尺寸量子效应和化学反应活性，使其与生物体有特殊的相互作用，并得到了广泛应用，如可实现对SmIgG+ B淋巴细胞、HepG 肝癌细胞、WA系统性红斑狼疮疾病细胞和白血病特征细胞等的识别[4-5]．但生物荧光纳米颗粒在DNA检测方面的应用鲜有报道[6]．为此，笔者利用微乳液法制备二氧化硅纳米颗粒，并对其进行生物修饰，以DNA-DNA的特异识别与结合作用为基础，以三明治结构为模型(勿需对检测对象进行标记) ，研究了生物荧光纳米颗粒在DNA检测中的应用，旨在为发展新型DNA检测技术提供依据． 1 材料与方法 1.1 试验材料 联吡啶钌配合物([Ru(II)(bpy)3]2+.6H2O，Fluka 公司)，链霉亲和素(美国Sigma公司)，DNA片段(上海生工生物试剂有限公司合成)．所用DNA的序列如下： 收稿日期：2007-01-10 基金项目：湖南农业大学基础科学基金(62020206002)作者简介：谢文刚(1966-)，男，湖南吉首人，硕士，副教授，主要从事生物无机化学方面的研究.
荧光碳点的制备与性质研究
145 1?荧光碳点概述1.1?荧光材料概述 荧光材料的主要发光机理就是在材料受到光照或者是外电场的刺激之后电子跃迁从基态到激发态，最终电子在从激发态跃迁到基态的一个过程，在这个过程中会将多余的能量通过光的形式进行释放，想要荧光材料在实际应用中有好的发光效果首先需要保证荧光颗粒有良好的分散性并且颗粒度要保持均匀。目前在市面上所研究的荧光粉粒通常是微米级的，尺寸统一。但是想要荧光材料在医学、生物等领域得到更好的应用，那么需要的颗粒尺寸要求则更小。荧光材料按照材质分类可以分为无机和有机荧光材料，如果按照物质的状态分析可以分为气体、液体以及固体，如果按照激发方式来分类的话主要可以分成电致发光、光致发光、X射线发光以及阴极射线发光材料等几种，通过荧光材料不同的性质可以进行不同的分类。 1.2?碳点简介 近30年以来碳纳米材料一直是科学研究的热门方向，在碳材料中富勒烯、石墨烯等材料的发现者均获得了诺贝尔奖，除了以上两者之外坦纳米管也受到了广泛的应用以及研究。在2004年来自美国卡罗莱纳大学的Scrivens研究组的研究人员从通过琼脂糖电泳对电弧制备放电制备的单壁碳纳米管的纯化的过程中发现了具有荧光性能的碳纳米材料。在2006年，美国克莱蒙森大学的科学家Sun等通过将石墨粉进行热压处理之后和粘合剂的混合物作用下制备碳靶，然后将其进行激光烧蚀之后得到了没有荧光性能的碳纳米粒子，之后将所得到的粒子通过硝酸的回流氧化处理之后，用PEG1500N进行表面钝化处理，得到了具有荧光性质的碳纳米粒子，由此第一个提出了碳点的概念，这是突破性的研究，由于碳家族其他成员较高的应用价值使得碳点一经问世便受到了广泛的研究与关注。 2?实验部分2.1?试剂与仪器 本实验中所使用的草酸购于天津市润金特化学品有限公司，尿素和二甲基亚砜购于上海阿拉丁化学试剂有限公司。实验室所用水均为超纯水，所使用的试剂全部为分析纯试剂。所使用的微波炉仪器为家用格兰仕微波炉，生产厂家为广东格兰仕微波炉电气公司，型号为G70F20CN3L-C2。 2.2?荧光碳量子点的制备 在干净的100mL锥形瓶中加入准确称量的1.8g草酸以及0.6g的尿素，于锥形瓶中加入25mL超纯水，然后进行磁力搅拌15min，直到草酸和尿素完全溶解之后将溶液放入到560W的微波炉中加热10min，将锥形瓶取出之后冷却到 室温，在于锥形瓶中加入20mL的超纯水，超声5min，用滤膜过滤之后除去滤渣，所得到的滤液就是碳量子点的水溶液。将所得到的水溶液进行冷冻干燥称重，然后将其溶于超纯水中来对细胞的毒性以及完成细胞成像测试。 3?结果与讨论 3.1?草酸及尿素质量比对碳量子点荧光量子产率的影响 在实验过程中为了碳量子点的合成具有较高的产率，首先需要研究的就是在反应过程中草酸和尿素的不同质量比对最终碳量子点荧光量子产率的影响。从实验结果可以看出通过提高尿素的含量对于碳量子点荧光量子产率的提高有直接的影响，并其主要原因是伴随着在反应中尿素的加入量不断的增加，氮的含量也就随之增加，碳点的量子产率不断的增加。其中的所掺杂的氮主要是石墨型的氮，对于荧光量子产率的提高有着明显的促进作用。根据实验结果显示草酸和尿素的质量比为3∶1的时候荧光量子产率达到最大值，为9.5%，如果在该比例基础之上继续增加尿素的比例，其产量不仅不会升高反而会出现下降的情况，导致这种情况的原因是由于氮含量的增加，对碳点的结构造成了影响，因此改变了碳量子点的光学性质。 3.2?碳量子点的荧光性质 通过对碳量子点性能的检测发现温度范围在10~80℃条件下碳点具有比较好的温度敏感的荧光性质。在温度逐渐上升的情况之下，在410nm处其荧光强度大约减小了25%，而其荧光强度会伴随着温度的降低逐渐恢复到原始的数值。将各个温度下的荧光强度和10℃时作为荧光强度参比作为对照，发现相对荧光强度和温度之间存在着比较好的线性关系，在加热以及冷却的过程当中其线性拟合的相关系数为0.980和0.990。碳量子点的荧光强度的荧光强度对温度发生线性响应的原因主要是碳量子点的表面含有大量的含氧基团以及在氢键的共同作用之下导致的，因此这也说明了该碳量子点的研究应用于温度荧光传感领域是由广阔的发展前景的。 4?结束语 通过研究表明碳量子点的相对荧光强度和温度之间的线性响应关系比较好，说明了在研究和温度相关的荧光传感领域该研究具有广阔的发展前景。尤其是在细胞成像等领域以其生物毒性比较低且具有良好的生物相容性的特点具有很大的应用优势。 参考文献 [1]?张现峰,芦静波,王学梅.温敏性碳量子点的快速制备、荧光性质及细胞成像应用[J].分析测试学报,2018(2):198-203. 课题资助：山东检验检疫局科研项目SK201642，国家质检总局科研项目2017IK236。 荧光碳点的制备与性质研究 冯真真?1 孙儒瑞2?罗晓3 1.山东检验检疫技术中心?山东?青岛?266500 2.海南检验检疫技术中心?海南?海口?570311 3.龙口检验检疫技术中心?山东?龙口?265700 摘要：目前荧光碳点是备受关注的碳纳米材料之一，以其良好的生物兼容性以及简单的制备方法等在环境检测、生物成像方面得到了广泛的研究。本文主要针对荧光碳点的制备和性质进行了分析研究，希望可以对该领域研究人员提供一定的参考价值。 关键词：荧光碳点?制备?性质
量子点免疫层析检测技术
量子点免疫层析检测技术方兴未艾 免疫层析技术是一种快速、简便、灵敏、直观、价格低廉、可真正实现现场检测的检测方法。具有很多气相色谱、高效液相色谱、气质联用色谱、液质联用色谱、毛细管电泳等仪器检测方法以及其他传统方法无法企及的优点。在检测领域中处于特殊重要的地位，同时也是传统检测和仪器检测的良好补充。尤其在经济高速发展，生活水平提高的今天，人类重大疾病，环境污染，食品安全等问题日益受到极大的关注，让免疫层析检测技术更具有巨大的潜力和蓬勃的生命力。 目前，免疫层析产品主要为胶体金免疫层析试纸条，其最早应用于医学检验，在早孕检测中的应用取得了极大的成功，随后在各个领域迅速渗透漫延，其在毒品检测、环境检测、以及食品安全检测领域得到了迅速的发展，但是又出现新的问题，在很多方面，尤其是食品安全检测领域，有些农兽药残留限度极度苛刻，甚至要求0.1 ng/ml的检测限度，同时食品类物质如肉类、禽类、果蔬、谷物等成分复杂，前处理难度也很大，造成胶体金免疫层析检测灵敏度无法胜任。除了进一步提高前处理方法以外，寻求高灵敏度的免疫层析方法也显得尤为重要。 量子点是近20 年来发展起来的半导体纳米晶材料，因为它的优良特性，受到了很大的关注，并且已经显示出一定的潜力，近几年来从细胞标记等应用已逐渐开始向多个领域的检测与诊断方向渗透。 一、量子点特性 量子点(简称QDs,又称半导体纳米粒子)是由Ⅱ～Ⅵ族或Ⅲ～V族元素组成的，半径小于或接近于激光玻尔半径，能够接受激发光产生荧光的一类半导体纳米颗粒，其中研究较多的主要是CdX(x=S、Se、Te)，直径约为2nm-6nm。量子点由于存在显著的量子尺寸效应和表面效应，从而使它具有常规材料所不具备的光吸收特性，使其应用领域越来越广泛，特别是其在免疫生物学和临床检验学等研究中的潜在的应用价值，已引起了广大科学工作者的极大关注，发光量子点作为荧光试剂探针标记生物大分子，正是近年来迅速发展的纳米材料在生物分析领域的重要应用之一。与普通的荧光染料相比较，量子点具有以下特点： (1) 有机染料荧光分子激光谱带较窄，每一种荧光分子必须用合适能量的光来激发，而且产生的荧光峰较宽，不对称，有些拖尾。这给区分不同的探针分子带来困难，很难利用有机染料分子同时检测多种组分。量子点由于量子限域效应使其激发波长的范围很宽，可以被波长短于发射光的光(一般短10nm以上)激发，并产生窄(半波宽约13nm)而对称的发射光谱，从而避免了相邻探测通道的串扰。 (2) 量子点具有“调色”功能，不同粒径大小的量子点具有不同的颜色，激发量子点的激发波长范围很宽，且连续分布，所以可以用同一波长的光激发不同大小的量子点而获得多种颜色标记，是一类理想的荧光探针。 (3)量子点的荧光强度强，稳定性好，抗漂白能力强，Chan和Nie通过实验证明ZnS包覆的CdSe比罗丹明6G分子要亮20倍和稳定100-200倍，可以经受多次激发，且标记后对生物大分子的生理活性影响很小，因此为研究生物大分子之间的长期作用提供了可能。
荧光上上转换纳米粒子做近红外荧光探针
荧光上上转换纳米粒子做近红外荧光探针 由于在生物医学研究和临床治疗上的需求，光学成像技术在生物成像的应用方面发展迅猛，各种新手段、新材料、新方法不断涌现。近年来，随着各种功能强大的荧光探针的快速发展（如半导体纳米粒子、荧光蛋白、荧光有机分子等），光学成像技术已经越来越广泛的应用于生物体内成像研究。但是，由于需要光作为成像的信息源，生物组织对光的高散射和高吸收成为制约光学成像技术在生物体内成像的主要障碍。一般来讲，生物组织对可见区（350-700nm）和红外区（>1000nm）具有最强的吸收。相反，生物组织对近红外区（650-1000nm）光的吸收最少，因此近红外光可以穿透生物组织的距离最大。采用近红外荧光探针可以对深层的组织和器官进行探测和成像，这是可见区荧光探针所不能比拟的。我们在设计新一代荧光探针时必须考虑如何将探针的激发光和发射光调控到近红外区。 迄今为止，近红外荧光探针的种类非常有限，几乎全部属于有机荧光染料，而有机荧光染料作为生物体内荧光探针有很多缺点：第一，有机荧光染料容易被光漂白，不能长时间使用；第二，有机染料不适合同时多色成像，大多数染料只能被特定的波长有效激发，需要多个激发光源才能实现多色显示；第三，激发和发射波长不够稳定，容易随周围环境（如PH、温度等）而变化。为了克服这些缺点，人们正在发展用无机荧光纳米半导体粒子（量子点）来作为新一代荧光探针。与有机荧光染料相比，量子点具有很多优势：首先，量子点具有宽带吸收峰和很窄的发射峰，通过控制粒径可以得到从紫光到近红外的各种发光；其次，具有很高的荧光量子产率，发光稳定，不易被光漂白；并且，量子点容易实现修饰，可以在表面修饰各种有机分子和生物分子，进行生物检测和成像，一个量子点还可以修饰很多靶向分子。目前，发射近红外光的CdTe， CdS，HgS和CdSe 量子点已经作为近红外荧光探针应用在近红外生物细胞和组织成像研究上。然而，目前采用的这些量子点在生物成像中仍然存在一些问题。最主要的问题就是量子点的毒性，如量子点中含有的Cd, P和Hg等均对生物体有很大伤害。此外，量子点需要高能量的紫外或近紫外光激发，在采集荧光探针信号的同时，生物组织在高能量光源的激发下的产生自身荧光也会极大干扰荧光探针的信号，造成信噪比变差，从而不能检测深层生物组织的信号。长时间暴露在高能光源下还会造成生物组织的光损伤、蛋白质破坏和细胞死亡等。因此，开发新一代近红外荧光纳米粒子必须满足以下几个条件： 1.制备方法简便，绿色无污染，原料成本低。 2.发光稳定，不会被光漂白。 3.荧光量子产率高。
硅壳包被的核壳型量子点荧光纳米颗粒的制备及其细菌计数的应用
DOI ：10．3724/SP．J．1096．2012．20033硅壳包被的核壳型量子点荧光纳米颗粒的制备 及其细菌计数的应用 傅昕*1,2 张何1黄可龙21（湖南工程学院化学化工学院，湘潭411104） 2（中南大学化学化工学院长沙410083）摘要以氧化镉和硬脂酸锌为前驱体，合成了CdSe/ZnS 核壳型量子点（QDs ）。采用反相微乳液技术，在温 和条件下实现了硅壳包被的CdSe/ZnS 荧光纳米颗粒的成功制备。在戊二醛的交联作用下， 以金黄色葡萄球菌（S．aureus ）为目标细菌、荧光纳米颗粒为荧光探针，建立了一种高灵敏的、简单快速的细菌计数的方法，并 借助荧光显微镜成功地进行成像探测研究。通过考察荧光纳米颗粒与细菌的孵育时间、包入硅壳的核壳量子 点质量等多种因素的影响。在最优化条件下，本方法的线性范围为5?102 5?107CFU /mL ；检出限 为500CFU /mL ；线性回归方程为Y =494．96749X －1194．25738（R =0．9960）。本方法操作简单，检测时间短，有效克服了传统平板计数方法和基于有机染料的荧光检测方法存在的缺陷，提高了灵敏度。将此法用于6种 实际样品的细菌数量测定， 检测结果与平板计数方法基本一致，相对标准偏差在3．1% 8．2%之间，结果令人满意。 关键词硅壳包被的CdSe /ZnS 荧光纳米颗粒；反相微乳液技术；荧光探针；细菌计数 2012-01-10收稿；2012-03-16接受 本文系国家自然科学基金（No．21005067）、湖南省自然科学基金（No．11JJ4015）资助。 *E-mail ：fuxin1129@hotmail．com 1引言 量子点（QDs ）是一种由Ⅱ-Ⅵ族和Ⅲ-Ⅴ族元素组成的纳米颗粒。与传统的有机染料荧光探针相比，量子点具有激发光谱宽、发射光谱对称、半峰宽窄，发射波长可调以及光化学稳定性高等特点,在 生物学、医药学、食品和环境等领域有着广泛的应用[1 4]。由于裸量子点（如CdSe ）易受杂质和晶格缺 陷的影响，其量子产率很低，化学家们经过多年努力，在核表面覆盖另一层晶体结构相似、带隙更大的半 导体材料（如ZnS ）， 使量子点表面无辐射重组位置被钝化、减少激发缺陷、消除非辐射驰豫，使荧光量子产率和光热稳定性都得到显著的提高[5，6]。然而,目前高性能的核壳型量子点均是在有机溶剂中制备 的，具有疏水性，在与生物分子相连时需进行表面基团转换。而二氧化硅材料具有制备简单、易于表面 进一步修饰及好的生物相容性等优点，成为当前最佳的包裹材料之一[7 10]。 细菌（尤其是病原菌）的检测涉及食品安全检验、疾病诊断以及环境监测等领域，与人类健康息息相关。传统的细菌检测方法，灵敏度低、费时耗力，不能满足当前食品安全快速检测的要求。近年来发展的酶联免疫法[11]、PCR 法[12]和流式细胞计数法[13]等新方法，也存在仪器昂贵、样品需富集等局限性。而荧光检测方法有效的克服了这些缺点，有利于快速、有效地对原始样品进行细菌计数[14]。虽然已有一些用量子点标记抗原和酶特异性检测病原体的报道，但是快速进行细菌总数测定的研究还很少。而硅壳型量子点荧光标记技术比传统有机染料荧光标记技术具有更高的灵敏度和光稳定性，可用于细菌的快速、灵敏的定量检测。本研究以氧化镉和硬脂酸锌代替有机金属为前驱体，合成了CdSe/ZnS 核壳型量子点，采用反相微乳液技术，在温和条件下实现了表面带氨基和磷酸基团的硅壳包被的CdSe/ZnS 荧光纳米颗粒的成功制备。在戊二醛的交联作用下，以金黄色葡萄球菌（S．aureus ）为目标细菌，建立了一种高灵敏的、简单快速的细菌计数方法。本方法适用于食物或环境细菌污染程度、疾病感染程度的快速检测。2 实验部分2．1仪器和试剂 F -2500型荧光分光光度计（日本日立公司）；JEOL JEM -1230型透射电镜（TEM ，日本电子株式会第40卷 2012年8月分析化学（FENXI HUAXUE ）研究报告Chinese Journal of Analytical Chemistry 第8期1169 1174
荧光纳米粒子的介绍及应用
荧光纳米粒子的介绍及应用 写在前面的话： 荧光探针(fluorescent probe)在化学传感、光学材料及生物检测和识别等领域得到了广泛的应用，并成为实现上述功能的一种主要的技术手段。但以传统的有机荧光染料为主的荧光探针在应用中也存在一些难以克服的缺陷。最近，无机发光量子点、荧光聚合物纳米微球、复合荧光二氧化硅纳米粒子等荧光纳米探针的相继出现，在一定程度上克服了传统有机荧光试剂的缺陷，为生物分析提供了新的发展领域，成为了近年来研究的热点，在此我想作一简单介绍，希望能起到抛砖引玉的作用，如果大家觉得我有什么地方说错的话，欢迎批评指正！让我也从中受益！ 1、荧光纳米粒子的分类 荧光纳米粒子是指可以发荧光的半导体纳米微晶体（量子点）或将荧光团(Fluorophore)通过包埋、共价键连接以及超分子组装等方式引入有机或无机纳米粒子中，并让纳米粒子承担有机小分子荧光染料的检测、标记等功能。与传统的荧光染料相比，荧光纳米粒子具有更高的亮度和光稳定性，也能更加容易地实现水分散性和生物相容性。另外，随着纳米制备技术的进一步提高，对纳米粒子的尺度的精确控制及对粒子功能化手段的日臻完善，这在很大程度上使荧光纳米粒子满足了化学传感器、生物探针等领域的要求。目前荧光纳米粒子主要有无机发光量子点、荧光高分子纳米微球、复合荧光二氧化硅纳米粒子三大类。 1.1.量子点 量子点(quantum dot, QD)又可称为半导体纳米微晶体，是由数百到数千个原子组成的无机纳米粒子，是一种由 II-VI 族或者 III-V 族元素组成的纳米颗粒。目前研究较多的主要是CdX(X = S、Se、Te)。量子点粒径很小，它们的电子和空穴被量子限域，连续能带变成具有分子特性的分立能级结构，因此光学行为与一些大分子很相似，可以发射荧光。量子点的体积大小严格控制着它的光谱特征。量子点的晶体颗粒越小，比表面积越大，分布于表面的原子就越多，而表面的光激发的正电子或负电子受钝化表面的束缚作用就越大，其表面束缚能就越高，吸收的光能也越高，即存在量子尺寸效应，从而使其吸收带蓝移，荧光发射峰也相应蓝移。可见，相对于其他传统的荧光染料而言，量子点由于其量子尺寸效应，粒径不同或组成材料不同即可发射不同颜色的荧光。由于量子点潜在的应用前景，研究者在量子点的制备方面展开了一系列的研究。 目前，量子点的制备方法根据其所用材料的不同，有以下两种方法：一、在有机体系中采用胶体化学方法以金属有机化合物为前体制备量子点，二、在水溶液中直接合成。在有机体系采用胶体化学方法制备量子点的研究中，Bawendi等将金属有机化合物注射入热的有机溶剂中，在高温下制备出具有单分散性的CdSe量子点。后来，人们使用无机物来钝化颗粒表面，发展了核壳结构的量子点。peng等人以CdO或Cd(Ac)2为原料，在一定条件下与S、
碳纳米颗粒的放射性_99m_Tc标记
文章编号:1007-4627(2008)03-0305-06 碳纳米颗粒的放射性99m Tc标记 诸 颖1,2,李玉峰1,2,张小勇1,2,李晴暖1,李文新1,# (1中国科学院上海应用物理研究所纳米生物医药研究室,上海201800; 2中国科学院研究生院,北京100049) 摘 要:探索了影响氯化亚锡还原法制备碳纳米管和不同粒径纳米碳黑的99m Tc标记化合物的多种因素,在给定实验条件下,99m Tc的标记率能够稳定达到90%以上。细胞培养液中标记物的放射化学纯度在2.5h中保持在(86±4)%范围内。制备的标记化合物满足碳纳米颗粒细胞摄取率测定和细胞毒性机制研究的实验要求。实验结果提示,99m Tc标记过程是基于还原得到的低价Tc在碳纳米颗粒表面上的物理吸附机理。 关键词:99m Tc标记;多壁碳纳米管;纳米碳黑 中图分类号:R817.1 文献标识码:A 1 引言 进入21世纪以来,纳米科技研究的重点逐渐向生命科学转移。研究内容集中在两个方面,即纳米科技在医药领域的应用以及纳米材料对环境和人类健康可能带来的危害。纳米医药和纳米生物安全性研究都离不开纳米颗粒和生命体的相互作用,而纳米颗粒在生命体内的摄取、吸收、定位、分布、代谢和排泄等则是了解这种相互作用的重要基础。 纳米颗粒不同于普通分子的特异性质,使得常规的化学或物理的检测分析技术要完成纳米材料精确定量测定,特别是在生物组织或细胞中的测定非常困难。在纳米颗粒和细胞相互作用的研究中,常常采用荧光标记技术来示踪纳米材料[1—3]。但是荧光标记技术本身存在一些缺点,例如荧光素进行化学修饰的过程较为复杂,如荧光信号不稳定、容易淬灭和定量分析的精确度欠佳等。更为重要的是荧光素属于分子量比较大的染料分子,它们和纳米颗粒结合预期会改变纳米颗粒的表面性质,从而导致随后的实验结果发生畸变,这种不希望有的影响已经为一些研究者所注意[4—6]。放射性同位素示踪技术由于易于探测、检测灵敏度高、结果可靠和几乎不受外界干扰等特点,为纳米材料在生命系统中的检测和定量分析提供了一种行之有效的技术。我们[7—10]和其他研究组[11—16]曾报道了富勒烯衍生物[[7—10],单壁碳纳米管[11—13],多壁碳纳米管(MWN Ts)[14]和碳黑[[15,16]的放射性标记以及标记物在哺乳动物体内的吸收、分布、代谢和清除。使用过的放射性核素有99m Tc[7,8,14—16],67Ga[8], 125I[10,11],111In[12]和64Cu[13]等。 这里介绍MWN Ts和纳米碳黑(NCB)的放射性99m Tc标记化合物的制备以及影响标记率若干因素的初步探索结果。 2 材料和方法 2.1 材料和仪器 MWN Ts长度为几十μm,直径40—100nm,由深圳纳米港有限公司以CVD方法生产。MWN Ts用常规酸处理方法纯化后放置在A EDP (12氨基212甲基21,12二膦酸)溶液中,然后通过强超声(300W,20k Hz)5h将其切短并功能化。将所得到的混合液离心(4000rotations/min),弃去溶液中少量的不溶MWN Ts。将澄清液以1∶10的 第25卷 第3期原子核物理评论Vol125,No.3 2008年9月Nuclear Physics Review Sep.,2008 ①收稿日期:2007210230;修改日期:2007211227 3 基金项目:国家自然科学基金资助项目(10475109,10775168);国家重点基础研究发展规划资助项目(2006CB705605);上海市科委纳米专项基金资助项目(0552nm033,0652nm016,0752nm021) 作者简介:诸 颖(1981-),女(汉族),江苏无锡人,博士研究生,从事纳米生物效应和安全性研究。 # 通讯联系人:李文新,E2mail:liwenxin@https://www.360docs.net/doc/5a4347288.html,
荧光纳米粒子的介绍及应用
【专题】荧光纳米粒子的介绍及应用 荧光探针(fluorescent probe)在化学传感、光学材料及生物检测和识别等领域得到了广泛的应用，并成为实现上述功能的一种主要的技术手段。但以传统的有机荧光染料为主的荧光探针在应用中也存在一些难以克服的缺陷。最近，无机发光量子点、荧光聚合物纳米微球、复合荧光二氧化硅纳米粒子等荧光纳米探针的相继出现，在一定程度上克服了传统有机荧光试剂的缺陷，为生物分析提供了新的发展领域，成为了近年来研究的热点，在此我想作一简单介绍，希望能起到抛砖引玉的作用，如果大家觉得我有什么地方说错的话，欢迎批评指正！让我也从中受益！ 1、荧光纳米粒子的分类 荧光纳米粒子是指可以发荧光的半导体纳米微晶体（量子点）或将荧光团(Fluorophore)通过包埋、共价键连接以及超分子组装等方式引入有机或无机纳米粒子中，并让纳米粒子承担有机小分子荧光染料的检测、标记等功能。与传统的荧光染料相比，荧光纳米粒子具有更高的亮度和光稳定性，也能更加容易地实现水分散性和生物相容性。另外，随着纳米制备技术的进一步提高，对纳米粒子的尺度的精确控制及对粒子功能化手段的日臻完善，这在很大程度上使荧光纳米粒子满足了化学传感器、生物探针等领域的要求。目前荧光纳米粒子主要有无机发光量子点、荧光高分子纳米微球、复合荧光二氧化硅纳米粒子三大类。 1.1.量子点 量子点(quantum dot, QD)又可称为半导体纳米微晶体，是由数百到数千个原子组成的无机纳米粒子，是一种由II-VI 族或者III-V 族元素组成的纳米颗粒。目前研究较多的主要是CdX(X = S、Se、Te)。量子点粒径很小，它们的电子和空穴被量子限域，连续能带变成具有分子特性的分立能级结构，因此光学行为与一些大分子很相似，可以发射荧光。量子点的体积大小严格控制着它的光谱特征。量子点的晶体颗粒越小，比表面积越大，分布于表面的原子就越多，而表面的光激发的正电子或负电子受钝化表面的束缚作用就越大，其表面束缚能就越高，吸收的光能也越高，即存在量子尺寸效应，从而使其吸收带蓝移，荧光发射峰也相应蓝移。可见，相对于其他传统的荧光染料而言，量子点由于其量子尺寸效应，粒径不同或组成材料不同即可发射不同颜色的荧光。由于量子点潜在的应用前景，研究者在量子点的制备方面展开了一系列的研究。 目前，量子点的制备方法根据其所用材料的不同，有以下两种方法：一、在有机体系中采用胶体化学方法以金属有机化合物为前体制备量子点，二、在水溶液中直接合成。在有机体系采用胶体化学方法制备量子点的研究中，Bawendi等将金属有机化合物注射入热的有机溶剂中，在高温下制备出具有单分散性的CdSe量子点。后来，人们使用无机物来钝化颗粒表面，发展了核壳结构的量子点。peng等人以CdO或Cd(Ac)2为原料，在一定条件下与S、Se、Te的储备液混合，一步合成了性能良好的CdS、CdSe、CdTe量子点。Nie等以此法合成了CdSeTe量子点，其荧光发射最大的波长为850 nm，量子产率高达60%。该法不但克服了先前合成方法中需要采用(CH3)2Cd作为原料的缺点，而且所合成的量子点荧光量子产率高、尺寸分布窄、波长覆盖范围广。此外，Reiss等人在Peng的基础上以CdO为前体在HDA-TOPO混合体系中合成CdSe，然后以硬脂酸锌为锌源，在CdSe的表面包覆一层ZnSe，首次合成了CdSe/ZnSe核壳结构的量子点，荧光量子产率高达85%。另外，也有研究者采用在水溶液中进行量子点的合成，Weller等人以六偏磷酸钠及巯基乙酸、巯基乙胺等巯基化
荧光量子点探针及其标记技术_蒋飞荣
文章编号 ：１００４－０３７４（２０１０）０４－０３９１－０５ 收稿日期：2009-10-09；修回日期：2009-12-09基金项目：国家高技术研究发展计划(“863”计划)(2007AA021809；2007AA021811); 国家重点基础研究发展计划(“973”计划)(2010CB833605); 湖南省科技厅资助项目(2008FJ3186); 2009年度新世纪优秀人才支持计划(NCET-10-0790)#共同第一作者 *通讯作者：E-mail ：rencaiping@https://www.360docs.net/doc/5a4347288.html,; Tel ：0731-******** 荧光量子点探针及其标记技术 蒋飞荣１，２＃，贾文婷１＃，张兴燊２，任彩萍１＊ （1中南大学肿瘤研究所，长沙 410078；2广西中医学院，南宁 530001） 摘要：量子点作为一种新型荧光标记物，与有机染料和荧光蛋白质相比，它们具有可调谐且宽的吸收 光谱，激发可产生多重荧光颜色、强荧光信号、抗光漂白能力强等独特的光学特性，使其广泛应用在生物和医学领域。该文就量子点探针的表面修饰和功能化及其标记技术的研究进展进行了阐述。关键词：荧光量子点；探针；生物标记中图分类号：Q6-33 文献标识码：A Fluorescent quantum dots probes and their biological labeling JIANG Fei-rong 1, 2#, JIA Wen-ting 1#, ZHANG Xing-shen 2, REN Cai-ping 1* (1 Cancer Research Institute, Central South University, Changsha 410078, China; 2 Guangxi Traditional Chinese Medical University, Nanning 530001, China) Abstract: As emerging promising fluorescent labels, semiconductor quantum dots (QDs) have tremendous potential in the fields of biology and medicine because of their unique optical properties with size-tunable light emission, broad absorption spectra for simultaneous excitation of multiple fluorescence colors, superior signal brightness, resistance against photobleaching, etc. This article briefly discusses the recent progresses on fluorescent QDs probes and their biological labeling including their surface modification and functionalization.Key words: fluorescent quantum dots; probe; biological labeling 荧光半导体量子点(fluorescent semiconductor quantum dots ，QDs)是一种由II-VI 族(如CdSe 和CdTe)或III-V 族(如InP 和InAs)或IV-VI 族(如PbS 和PbSe)元素组成的、直径一般在1~100 nm 、能够接受激发光产生荧光的半导体纳米颗粒。Bruchez 等[1]通过在QDs 表面包裹SiO 2，再连接上羟基以及Chan 和Nie [2]采用巯基乙酸修饰QDs ，解决了QDs 的水溶性和生物兼容性问题。 QDs 独特的光学特性、表面修饰和生物功能化以及标记技术的优势使得QDs 在生物学、活细胞和体内成像、药物研究和筛选、生物芯片等领域得到了广泛应用。本文就QDs 探针的表面修饰和功能化及其标记技术进行阐述。 １ ＱＤｓ的特征 一种典型的水溶性核壳型QDs 应该包括: (1)一 个半导体核(如CdSe)，其直径决定荧光的波长；(2)一个半导体外壳(如ZnS)，用来提高量子产率；(3)一个亲水层，用来保证其水溶性[3]。与传统的有机荧光标记物相比，QDs 具有以下特点：(1)激发波长范围宽、发射波长范围窄，可以采用同一波长激发光同时激发不同颜色QDs [4]; (2)QDs 的荧光强度高及核壳结构稳定性好，可以经受反复多次激发，荧 DOI:10.13376/j.cbls/2010.04.001