量子点的制备及应用进展
CuInS2量子点的制备及应用进展
CuInS2量子点的制备及应用进展作者：张研等来源：《山东工业技术》2015年第09期摘要：综述目前CuInS2量子点的制备方法及在发光器件、太阳能电池和生物荧光标识等领域的应用现状。
并对其发展的前景与潜力进行了展望。
关键词：核壳；制备；应用0 引言CuInS2纳米晶是直接带隙三元半导体材料，禁带宽度为1.50 eV、吸收系数为105 cm-1；与当前的主流的半导体荧光纳米材料CdSe相比，CuInS2量子点既不含A类元素（Cd、Pb、Hg等），又不含B类元素（Se、As、P等），不会对环境和生物体造成负担，而且光谱可以覆盖更广泛的波段--近红外区，在生物医学[1]，太阳能电池[2]、光电器件[3]等领域都有着广泛的应用前景。
1 CuInS2/ZnS核壳量子点的制备方法目前合成CuInS2半导体量子点的方法主要有溶剂热合成法、热注入法及共前驱体热分解法等。
1.1 溶剂热合成法溶剂热合成法依据水热法发展起来的合成方法，是指在一定温度（100-1000 ºC），一定压强（1MPa-1GPa）下，利用在溶剂中物质的化学反应进行合成的方法。
2010年，yue[4]研究组利用此方法合成了闪锌矿结构的CuInS2量子点其半径为2-4nm。
但目前还没有有效的手段能很好的控制粒子的成核与生长，粒子还不具备荧光性质，并且反应一般在高温高压下进行，反应周期比较长，限制了此法的发展。
1.2 有机相热注入法有机相热注入法是最常用的一种合成胶体量子点的化学方法，其为目前最有效的合成高质量纳米粒子的方法。
1993年，Bawendi [5]研究组首次利用这种方法合成了高质量的Ⅱ-Ⅵ族半导体量子点。
2007年，Li[6]小组采用热注入的方法首次合成了黄铜矿和纤锌矿结构的三元CuInS2纳米晶。
Xie[7] 等人通过调节阳离子前体相对反应活性，利用绿色的热注入方法合成了尺寸可调的三元CuInS2量子点。
1.3 有机相共前驱体热分解法有机相共前驱体热分解法指将反应所需的金属前驱体、阴离子前驱体、配体以及添加物均放入反应瓶中，将温度升高到反应温度，反应适当时间即可。
量子点的制备及其应用研究
量子点的制备及其应用研究量子点是一种由几十个到几百个原子构成的纳米材料，其尺寸在1~10纳米范围内。
因为其尺寸特殊，能带结构形成了禁能带，并产生量子尺寸效应。
同时，量子点的大小可调控，电子结构的组成和能量结构也可以随之改变。
因此，量子点具有优异的光电性能，是一种新型的半导体材料。
量子点的制备通常可分为以下几种方法：1. 碘化物法碘化物法是制备半导体或金属量子点最普遍的方法之一。
在这种方法中，首先需要选择一种稳定的原料，如Se、Cd等。
然后，这些原料通过化学反应与表面配体发生作用，形成纳米颗粒并稳定在水中。
此时，通过改变反应条件，可以控制量子点的大小和形状。
2. 有机相溶液法有机相溶液法是一种常见的制备量子点的方法。
通常，采用有机试剂作为原料，如主链聚合物、共聚物等。
这些试剂和表面配体相互作用，形成纳米颗粒，并稳定在溶液中。
3. 发光二极管法发光二极管法是一种新型的制备量子点的方法。
在这种方法中，利用化学气相沉积技术，将原料气体沉积在电极表面上。
沉积过程在真空下进行，可以控制沉积的厚度和形状，得到所需大小和结构的量子点。
在制备量子点的过程中，表面配体的选择至关重要。
表面配体不仅可对量子点的大小和形状进行控制，还可改变其光电性能。
同时，表面配体的选择还影响量子点的稳定性和生物相容性。
量子点除了在半导体行业具有广泛应用外，还被广泛应用于生物医学领域。
量子点具有良好的光学性能和荧光性能，可以被用于生物成像。
此外，量子点还可用于医学诊断和治疗。
近年来，量子点在太阳能电池、光电传感器、荧光标记、生物成像等领域得到了广泛的研究和应用。
随着科技的不断发展和突破，相信量子点将会有更多的应用场景和价值。
量子点太阳能电池的制备及其性能研究
量子点太阳能电池的制备及其性能研究随着能源危机的持续加剧，寻求可再生、清洁、高效能源已成为全球研究的热点。
太阳能作为一种最为广泛的可再生能源之一，受到了广泛的重视和研究。
而其中，量子点太阳能电池作为一种新的太阳能电池，由于其比传统太阳能电池具有更高的光电转换效率和更好的稳定性，成为了现在研发的重点之一。
本文将介绍量子点太阳能电池的制备方法，及其性能研究的最新进展。
一、量子点太阳能电池的制备方法量子点太阳能电池，其核心在于量子点的制备。
目前研究中，主要采用溶液法、脉冲热蒸发法、多层石墨烯（graphene）化学气相沉积法等多种方法制备量子点。
1. 溶液法溶液法是最为常见的量子点制备法之一。
该方法具有成本低、环保等优点，适用于规模化制备。
通过控制溶液中原料的浓度、温度、反应时间等因素，可以获得高质量、均匀分布的量子点。
2. 脉冲热蒸发法脉冲热蒸发法是近年来发展的新型量子点制备法。
该方法通过使用高速电子束或激光束，使金属或半导体材料在瞬间升温，产生物质挥发，形成量子点。
相较于溶液法，该方法制备的量子点具有更窄的分布范围，能更精确地调控量子点的尺寸和结构。
3. 多层石墨烯化学气相沉积法多层石墨烯化学气相沉积法，是一种环保、便捷、低成本的制备方法。
该方法通过石墨烯材料和原子层沉积技术，可以制备一系列大小可控的量子点。
石墨烯是一种二维材料，具有高导性和高可塑性等特点，可以使得量子点的晶格结构更为完整和规整。
以上三种方法均能制备出量子点，但具体选用何种方法需要根据具体研究的要求来确定。
二、量子点太阳能电池的性能研究量子点太阳能电池相较于传统太阳能电池，拥有一系列优良性能。
主要包括以下几方面：1. 高光电转换效率量子点太阳能电池利用量子点的表面能级结构和量子效应，可以促进光电转换，从而提高光电转换效率。
同时，合理控制量子点尺寸，可以调控电子的能带结构，使得电子更容易被激发，从而光电转换效率更高。
2. 良好的稳定性传统太阳能电池易受光照、高温等环境影响，导致性能下降。
量子点的研究
生物大分子的细胞定位、相互作用及其动态变化是生物技术需要解决 的重要问题,科研学者急需采用新技术和新材料来实现对蛋白质等生物 大分子的“标识”、“阅读”和“查询”。荧光标记材料主要是有机荧光染料和 量子点荧光染料, 由于有机染料荧光特性的限制(如荧光光谱较宽，分子较大以及不稳定等 ) ,远远不能适用于高通量的生物大分子专一标识[11],而QDs以其独特的光 学特性引起人们的极大关注。
2.2 水体系量子点的制备
与有机体系合成量子点相比，水体系合成量子点操作简便、重复性高 、成本低、表面电荷和表面性质容易控制, 此外，还很容易引入各种官能团分子, 所以水相合成方法成为当前研究的热点。[17]水溶性QDs有望成为一种很 有发展潜力的生物荧光探针。目前，在水体系中制备QDs主要利用常用的 水溶性巯基化合物以及柠檬酸等作为稳定剂。因为巯基化合物以及柠檬 酸等与QDs的稳定性、功能化有关，因此选择带有适当官能团的保护剂， 对于控制QDs的表面电荷及其它表面特征极为重要，进而影响QDs的尺寸
2.1 有机体系量子点的制备
早期的QDs是在有机体系中制备的,即用金属有机化合物在具有配位 性质的有机溶剂环境中生长纳米颗粒。Bawendi[12]等开创了有机金属前 驱体分热分解法, 即TOP-TOPO法，是合成高质量IIVI族半导体量子点的里程碑。该法得到的QDs结晶性好、尺寸单分散性非 常好（低于5%）。对该方法的一个简单描述如下：将有机金属前驱体二甲基 镉（Me2Cd）的三辛基膦（TOP）溶液和Se的三辛基膦配合物（TOPSe）溶液混 合，快速注射到热的（约180℃）配位溶剂三辛基氧膦（TOPO）中去，再升温 至230～260℃。其中配位溶剂TOPO在控制晶体生长、稳定最终的胶体分 散液、钝化半导体表面的电子结构方面起到关键作用。晶体的生长过程 遵循“奥斯瓦尔德熟化”机理，所以获得的QDs尺寸单分散性很好。温度增 长速率在反应中也起着至关重要的作用，若粒子尺寸平稳的增长，那么 温度增长速率也必须均匀的增加，这同时可保证CdSe量子点的尺寸分布 较窄。
量子点的制备及应用进展
用于激光器 ． 发光二极管、 Ｌ Ｅ Ｄ等 。 本文对量子点 的制备方法和应用领
域及前景进行了初步讨论
２ 量 子 点 的光 学 应 用
半 导体 量子点作 为新 型荧光标记物用 于生物医学领域 的研究始
于２ Ｏ 世纪７ Ｏ 年代末 ． 由于量子点具有激发 光谱 宽而连续 、 发射光谱 窄而对 称、 发光效率高 、 光化 学性 能稳定性好 、 不 易发生光漂 白 、 发射 １ ． １ 量子点的特性及 优势 量子点的基本特性 有 ： 量子尺寸效 应 、 表 面效应 、 量子 限域 效应 、 光颜色与粒径大小关联等优点被广泛应用于生物化学 、分子生物学 、 基 因组学 、 蛋 白质组学 、 药物筛选 、 生物大分子检测 ， 材料 宏观量子隧道效应 ． 除此之外 ， 量子点具有 一些独特 的光学效应 ， 这使 细胞生物学 、 医学等领域 。 得量子点较传统的荧 光染料 用来标记 生物探 针具有 以下优 势 ： ． １ 半 导 体 量 子 点 在 光 电子 学 方 面 的 应 用 （ １ ） 量子点具有 宽的激发光谱 范围 ， 可 以用波长短 于发 射光 的光 ２ 由于半 导体量子点可 以通过改变颗粒 尺寸而获得不 同的发射波 激发 ． 产生窄而对称的发射光谱 ， 避免了相邻 探测 通道之间的干扰 。 （ ２ ） 量子点可 以“ 调色” ， 即通过 调节 同一组 分粒径 的大小 或改变 长和 电子亲 和势 ． 与其 他有机／ 聚合物 电致发 光材料 相比 ， 半 导体量子 量子点的组成 ． 使 其荧 光发射波长覆盖整个可见光 区。 尺寸越小 ， 发射 点 的发射光谱 较窄 ，因此将 发光性能优异 的半 导体量子点 材料与有 机／ 聚合 物发光材料复合用于 电致发光器件 ． 来 获得高色纯度 、 窄谱带 光的波长越小 。 （ ３ ） 量子点的稳定性 好 ， 抗漂 白能力强 ， 荧 光强度强 ， 具 有较高 的 以及 在可见光范围 内发光 峰连续可调 的系列 电致发光器件 是一项非 发光效率。半 导体量子点的表面上包 覆一层 其他 的无机材料 ， 可 以对 常有意义 的工作 ． 使其在光电子器件方面展现出广阔的应用前景 。 ． ２ 半导体量子点在生物研究方面的应用 核心进行保护和提高发光效 率 ， 从 而进 一步提 高光稳 定性 。正是 由于 ２ 量子点具 有以上 特性使 其在生 物识别及检测 中具有 潜在 的应用前景 ， 半导体量子点可 以与生物大分子相偶联进 而应 用于活细胞体系 ， 较窄 的发射光 有望成为一类新 型的生化探针 和传感 器的能量供体 ， 因此备受关注 。 其在生物学领域 的应用获得 了多项有意义的研究成就 。 谱允许 半导体量子点在活 细胞体 内和表 面上 进行多个 目 标 的同时成 １ ． ２ 量子点的制备方 法 这就为基于多个分子标记的恶性肿瘤的初 步探测和确认提供 了可 根据原料 的不 同分 为无 机合成路线 和金属一 有机物合 成路 线 ， 两 像 ． 能性 用量子点进行多色成像 ， 可以减少分析时间和增加可 以检测 的 种合成方法各有利弊 具有非常重要的实用意义。 （ １ ） 金属一 有 机相合成 ： 主要采 用有机金属 法 ， 在高沸点 的有机溶 生物标记物 的数 目． 剂中利用 前驱体 热解 制备量 子点， 前驱体在 高温环境 下迅速热解并结 ２ ． ３ 多色实验和诊断方面的应用 成核晶体 缓慢成 长为纳 米晶粒 。通过 配体 的吸附作用 阻碍晶核成长 ， 量子点可用于体 内光学性非侵害性成像 。 将半导体量子点应用于 对基 因 并稳定存 在于溶 剂中 该方法 制备 的量子点 具有尺度 范围分布窄 ， 荧 芯片上 的生物标记后有望给生物材料的检测带来 突破性进展 ． 光量子产率高等优点。 但其成本较高且生物相溶性差 ， 量子产率 降低 ， 组学 和蛋白质组学 的研究 非常有用 ；量子点 同样可 以应用 于药物筛 选． 达到双高通量药物筛选 。另外半导体量子点还可以应用于溶液矩 甚至发生完全荧 光淬灭现象 。 即将 不同的量子点或量 子点微粒标记在 每一种生物分 子上 ， 并置 （ ２ ） 无机合成路线 ： 目 前 常用水溶 性硫基 化合 物 ， 柠檬酸等做为保 阵 ．
量子点的制备及其在生物医学领域中的应用
量子点的制备及其在生物医学领域中的应用量子点是一种新型的半导体材料，其结构尺寸一般在1-10纳米之间，由于其特殊的物理性质，已经成为研究热点和前沿领域之一。
量子点可以用来制备高效的发光材料，也可以用来作为生物探针，在生物医学领域中有着广阔的应用前景。
本文旨在介绍量子点的制备方法及其在生物医学领域中的应用。
一、量子点的制备方法量子点的制备方法有很多种，包括溶液合成法、气相沉积法、扩散法等。
其中，溶液合成法是最常用的一种方法。
溶液合成法是通过将有机金属预体与表面活性剂混合，在有机溶剂中反应制备的方法。
这种方法有以下几个步骤：1. 预处理：将有机金属预体与表面活性剂混合，使其均匀分散，得到均匀的溶液。
2. 热化反应：将溶液在恒温条件下连续搅拌加热，使预体和表面活性剂分子在热化反应中形成核心团簇。
3. 去除多余表面活性剂：通过剪切、离心、超声等方式去除多余的表面活性剂，得到纯净的量子点颗粒。
二、量子点在生物医学领域中的应用量子点在生物医学领域中有着广泛的应用，主要体现在以下几个方面。
1. 肿瘤生物标记物检测量子点可以标记在生物分子表面，用于快速检测肿瘤标记物。
传统的肿瘤标记物检测方法需要耗费大量的时间和成本，而且存在着误检、漏检等问题。
利用量子点标记的检测方法可以快速、准确地进行肿瘤生物标记物检测。
2. 细胞成像量子点是一种非常理想的细胞成像探针，因为它可以提供高对比度的图像、高灵敏度和高分辨率。
与传统的细胞成像探针相比，量子点更稳定、更耐久且使用寿命更长。
3. 药物传递系统利用量子点制备药物传递系统，可以提高药物的生物利用度和药效，同时降低药物的毒性和副作用。
量子点药物传递系统可以增加药物的负载量，提高药物的稳定性和半衰期，从而达到更好的治疗效果。
4. 生物标记量子点也可以用于分子识别、蛋白质检测、酶活性检测和细胞成像等生物标记应用。
通过将量子点标记在生物分子表面，可以实现对生物分子的快速准确检测。
结论量子点是一种具有广泛应用前景的新型半导体材料，其制备方法和应用领域正在不断拓展和深入研究。
量子点发光材料的制备与应用研究
量子点发光材料的制备与应用研究量子点发光材料是一种新型的半导体材料，因其具有色彩鲜艳、发光效果好、质量稳定、光谱范围广等特点，引起了越来越多的研究人员的关注。
本文将就量子点发光材料的制备与应用进行研究分析。
1. 量子点发光材料的生成机制量子点发光材料是由半导体材料制成的小颗粒，其物理性质不同于大尺寸晶体，在小尺寸范围内表现出了许多不同于大尺寸晶体的物理现象。
在小尺寸范围内，半导体材料的带隙形成机制不同于大尺寸物质的形成，因此在小尺寸范围内表现出了新颖的光电性能。
量子点的生成过程中，一般采用两种方法：一种是溶液法制备，通过对半导体材料的溶液进行化学反应，在高温或高压条件下，生成等径的球形量子点颗粒；另一种是气相法制备，通过对半导体材料进行电化学实验，在高温气氛环境下，制备出了典型的采用金属气相化学气沉淀法制备的纳米晶。
2. 量子点发光材料的性能量子点是具有色彩鲜艳、自发发光、高效发光、宽发光谱等特性的新型发光材料，原因在于其特殊的结构和量子效应。
量子点的发光颜色可以通过改变量子点的尺寸进行调控，从而实现了快速转变的繁荣。
量子点的稳定性也得到了大大的提高，使得其工业化应用成为了可能。
3. 量子点发光材料的应用量子点发光材料的应用非常广泛，主要包括生物医用、测绘遥感、显示、荧光探针等领域。
其中，量子点在生物医用中的应用是最为普遍的。
生物医用量子点具有一定的活性和生物相容性，不仅可以用于有效抗菌、抗癌、抗肿瘤，还可以用于细胞成像、蛋白质检测、细胞拓扑和分子诊断等领域。
同时，量子点还广泛应用于显示领域，如光电器件、LED以及其他光学器件中，逐渐地成为光电领域最为重要的一部分。
值得一提的是，量子点发光材料在荧光探针领域的应用也格外重要，可以延长在线细胞荧光标记的存活时间、增强荧光信号、提高检测灵敏度等方面发挥作用。
4. 总结随着量子点发光材料的发展和应用的不断深入，人们对其性质和应用的认识也越来越深入。
未来，量子点发光材料的应用领域将会越来越广泛，我们也有理由相信，我们对其性质和应用的研究也将有日益深入的发展。
量子点材料的制备及应用
量子点材料的制备及应用量子点材料是一种新兴的材料，它具有独特的电学、光学、磁学性质，吸引了越来越多的研究者的关注。
在这篇文章中，我们将介绍量子点材料的制备及应用方面的进展和前景。
一、量子点材料的制备方法目前，量子点材料的制备方法主要有溶胶-凝胶法、热解法、微乳液法、溶剂热合成法、气相法等多种。
其中，最为常用的是溶胶-凝胶法和热解法。
溶胶-凝胶法是将一定量的前驱体在特定条件下溶解于溶剂中，加入适量的稳定剂，通过加热固化成为凝胶，最终经过退火、焙烧等处理，形成具有量子限制效应的粒子。
溶胶-凝胶法具有简单、操作方便、成本低等优点，可以制备出尺寸小、分布窄的纳米颗粒。
热解法是利用金属有机化合物的热分解产生金属纳米颗粒，也是制备量子点材料的常用方法之一。
热解法具有快速、简便、易于操作等优点，可以制备高质量、单分散性好的量子点材料。
二、量子点材料的应用领域1. 光电领域量子点材料因其自身独特的发光性能，被广泛应用于光电器件。
例如，用量子点取代现有的荧光物质可制造出更高效、更稳定的LED光源，同时具有更广泛的波长范围和更好的色度性能。
此外，量子点太阳能电池已经被证明具有高效转换率、长寿命等特点，被认为是下一代光伏技术的有力竞争者。
2. 生物领域量子点材料还可以作为生物传感器、药物运输和成像等方面的新型材料。
量子点荧光标记物可以用于研究生物分子和细胞的活动过程，同时可用于药物分子的跟踪和监测。
此外，量子点材料能够搭载药物，并通过靶向控制释放药物，以提高治疗效果，现在已经有多项研究向临床应用过渡。
3. 能源领域量子点材料在能源转换中也具有广泛的应用前景。
如利用量子点太阳能电池可制备出高效的光电性能的太阳能电池，其中的量子点能分离电荷，从而提高太阳能转换效率。
此外，利用量子点制备新型的催化剂，例如将金属量子点与碳材料复合，可以增强催化剂的稳定性和催化性能。
三、量子点材料的发展前景尽管量子点材料在各个领域的应用尚未完全成熟，但其具有的独特性能和多种应用前景令人充满期待。
量子点技术的制备与应用指南
量子点技术的制备与应用指南1.引言量子点技术作为一种新兴的纳米材料制备与应用技术，近年来得到了越来越多的关注。
它具有精确可调的发光波长、高色纯度、较窄的发光带宽和长寿命等优点。
本文将主要介绍量子点技术的制备方法和其在光电领域的应用。
2.量子点的制备方法目前，制备量子点的主要方法有化学合成法和固相法两种。
化学合成法包括溶液法、热分解法和微乳液法等。
固相法则主要是通过高温反应和退火等步骤来制备。
在选择制备方法时，需要考虑量子点的尺寸、形状和表面修饰等因素，以及制备成本和可扩展性等因素。
3.溶液法制备量子点溶液法是一种较为常用的制备量子点的方法，其基本步骤包括前驱体的合成、核心壳结构的形成和后续处理等。
在前驱体的合成中，通常采用配位化学方法，通过选择合适的金属离子和配体来控制量子点的尺寸和性质。
核心壳结构的形成可以通过在溶液中添加不同的材料来实现，如CdSe/CdS量子点。
后续处理包括洗涤、沉淀和分散等步骤，以获得纯净、分散良好的量子点溶液。
4.热分解法制备量子点热分解法是另一种常用的制备量子点的方法，其原理是通过控制金属前驱体的热分解过程，使其形成纳米尺寸的晶体。
在热分解过程中，通常需要选择合适的溶剂、表面活性剂和反应温度等条件，以控制量子点的尺寸和形状。
此外，还可以通过在热分解过程中添加合适的杂质来调控量子点的性质，如控制量子点发光的波长和强度等。
5.量子点的表面修饰和组装量子点的表面修饰对于其在应用中的性能和稳定性至关重要。
表面修饰可以通过在量子点表面修饰层或壳层上添加不同的功能分子来实现，如聚合物、生物分子和有机小分子等。
表面修饰除了可以改善量子点的分散性和稳定性外，还可以实现量子点的多功能化，如生物标记、催化和传感等。
此外，通过组装技术，还可以将表面修饰的量子点组装成有序结构和器件，如光电子器件和太阳能电池等。
6.量子点在光电领域的应用由于量子点具有发光波长可调、高色纯度和较窄的发光带宽等特点，使得其在光电领域具有广泛的应用前景。
量子点的制备及应用研究进展
量子点的制备及应用研究进展朱专赢;吴昌达;娄童芳;杜学萍;屈建莹【摘要】综述了量子点的制备方法以及在分析检测、生物、药学、光电器材、指纹显现等领域的应用。
指出量子点是一种新型的荧光纳米材料，因其具有独特的光电性质而引起了广泛的关注；并就它的发展方向及应用前景进行了展望。
%A review is given about the synthesis of quantum dots and their applicationin analy-sis and detection ,biology ,pharmacy ,optical device and fingerprint collection .It is pointed out that quantum dots are a new kindof fluorescence nanomaterials ,and they are drawing a great deal of attention owing to their unique optical and electricalproperties .Moreover ,suggestions are also provided about the development trend and application prospect of quantum dots .【期刊名称】《化学研究》【年(卷),期】2013(000)005【总页数】5页(P537-541)【关键词】量子点;制备;应用;研究进展【作者】朱专赢;吴昌达;娄童芳;杜学萍;屈建莹【作者单位】河南大学化学化工学院，河南开封 475004;河南大学化学化工学院，河南开封 475004;河南大学化学化工学院，河南开封 475004;河南大学化学化工学院，河南开封 475004;河南大学化学化工学院，河南开封 475004【正文语种】中文【中图分类】O621.22量子点(QDs)又称半导体纳米晶,是一种由Ⅱ-Ⅵ族或Ⅲ-Ⅴ族元素组成的纳米颗粒,直径约1～100 nm[1-3]. 由于QDs具有较小的尺寸，使其具有特殊的小尺寸效应[4]、表面效应[5]、量子尺寸效应[6]及宏观量子隧道效应[7]. 量子点表现出独特的光学特性,如量子产率高、荧光寿命长、消光系数大、光耐受性强、发射光谱窄和激发光谱范围较宽等[8-9]. 量子点的制备和应用引起了人们广泛的研究兴趣[10],在生物医学[11-13]和光电子[14]领域都拥有广阔的应用前景.1 量子点的制备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.水相合成法又可细分为传统水相法、水热法、微波辅助水相法等.1.1 有机相合成法早期的量子点合成通常是采用有机相合成法. 1990年,BRUS等[15]在有机相中合成出了质量好、发光效率高的CdSe量子点. 1993年，MURRAY等[16]通过有机金属前驱体Cd(CH3)2和S、Se、Te等前驱体在三辛基氧膦(TOPO)溶剂中反应，直接合成高质量的CdE(E=S, Se, Te)量子点. 2001年，PENG [17]对传统有机相合成法进行改进，用金属氧化物CdO代替有毒的有机镉金属化合物作为反应前体，一步合成了CdS, CdSe,CdTe量子点. 随后，他又提出非络合溶剂合成方法，大大降低了量子点合成的难度[18].2005年，YANG等[19] 提出了一种绿色的合成方法，他们不用有机膦和空气中敏感的化合物，进一步改善和简化了CdSe的合成途径. 2007 年，PRADHAN等[20]提出了更加绿色的合成量子点的方法. 后来，YANG[21]在有机体系中制备出了发光性能优异的Mn掺杂的CdS/ZnS核壳式量子点. DAI等[22]用橄榄油既作配体又作溶剂合成了分散性良好的ZnSe量子点和纳米花. 2009年DENG等[23]用液体石蜡替换TOPO溶剂合成了ZnxCd1-xSySe1-y(0≤x≤1; 0≤y ≤1)合金量子点.1.2 水相合成法1.2.1 传统水相法1994年，VOSSMEYER T等[24]首次使用巯基化合物1-硫代甘油为稳定剂在水溶液中合成了CdS量子点. 陈启凡等[25]用传统水相合成法合成了半胱氨酸包覆的CdTe量子点，并将它用于生物体DNA的检测. 1998年ZHANG等[26]以巯基乙酸为稳定剂通过Cd2+与NaHTe在水相中的反应合成出了水溶性量子点. 2003年,ZHUANG等[27]用巯基乙酸为稳定剂制备了Mn掺杂ZnS量子点,并且研究了不同反应条件对量子点荧光强度的影响. 2007年，QIAN等[28]在水相中制备出不同尺寸和组成的CdHgTe量子点. 2009年，LAW等[29]在水溶液中制备出了CdTe/ZnTe核壳量子点，并将它成功应用于生物成像.1.2.2 水热法2003年，ZHANG等[30]利用水热法合成了CdTe纳米粒子，并对各个反应条件进行了研究. MAO等[31]采用水热法以巯基丙酸作稳定剂一步合成CdTeS合金量子点，并用于生物成像方面的研究. 2009年，ZHAO等[32]以N-乙酰-L-半胱氨酸作为稳定剂合成了核壳结构的CdTe/CdS量子点.1.2.3 微波法KOTVO等[33]首次使用微波辅助法合成量子点. 2005年，REN等[34]以巯基丙酸为稳定剂，利用微波辅助法合成出来一系列的CdTe量子点. 利用微波辅助法，CdTe/CdS[35]、CdTe/CdS/ZnS[36]、CdSe/ZnS[37]等一系列的核壳结构的量子点相继被合成出来. 微波辅助法合成量子点目前已经成为一种发展趋势.2 量子点的应用2.1 量子点在分析检测中的应用2.1.1 测定金属离子的含量XIA等[38]在水介质中合成了巯基乙酸包覆的量子点,进一步采用变性的牛血清蛋白修饰CdS量子点，采用荧光猝灭法测定Hg2+，此方法检出限为4.0×10-9 mol·L-1.李梦莹等[39]用半胱氨酸作修饰剂，水热法合成CdS量子点，基于荧光猝灭作用，实现了对痕量Hg2+的定量检测.FERNNDEZ-ARGÜELLSEM T等[40]开发了CdSe量子点测定Cu2+的方法. 他们用两种不同的稳定剂(2-巯基乙基磺酸和2-巯基乙酸)修饰CdSe量子点，发现2-巯基乙基磺酸修饰的CdSe量子点对Cu2+具有更高的灵敏度，检出限为0.2μg·L-1. 董海涛等[41]将合成的CdTe量子点-铕复合纳米荧光粒子用于Cu2+的测定，实验发现，Cu2+可使BHHCT-Eu3+和CdTe量子点的荧光猝灭，但Cu2+对BHHCT-Eu3+的猝灭程度较小，纳米粒子中两种荧光物种荧光强度比值随Cu2+浓度呈良好的线性关系. 他们考察了各种金属离子对复合纳米粒子荧光强度的影响，发现除Ag+离子外，其他金属离子对纳米粒子的荧光影响均较小.2.1.2 测定药物含量张犁黎等[42]在碱性溶液中使用硫代乙酰胺制备CdS荧光纳米粒子. 该纳米粒子的荧光强度能被药物成分柳氮磺吡啶所猝灭，建立了一种高选择性测定柳氮磺吡啶的荧光分析新方法，检测下限达到0.1 mg·L-1. 此方法已用于对药物中柳氮磺吡啶的测定，方法甚佳. 董学芝等[43]于水相中合成了CdS量子点，基于左氧氟沙星对CdS与牛血清白蛋白复合物的荧光有明显的猝灭作用，建立了一种检测左氧氟沙星的方法. 结果表明，在左氧氟沙星浓度为0.2～20 mg·L-1时，左氧氟沙星-CdS-BSA体系的荧光猝灭程度与左氧氟沙星的浓度存在良好的线性关系，检出限为0.03 mg·L-1. 此方法已成功用于盐酸左氧氟沙星片剂和胶囊的测定，与传统方法相比，结果令人满意.2.2 量子点在生物、医药学领域中的应用2.2.1 荧光量子点探针的应用PAN[44]等用叶酸修饰可生物降解的聚丙交酯-维生素E琥珀酸酯(PLA-TPGS)纳米粒子，并将量子点包裹进该纳米粒子中，制备出一种新型荧光探针，该荧光探针具有靶向作用和降低细胞毒性的优点. 该荧光探针还可用于叶酸受体高表达的乳腺癌细胞MCF-7的成像，荧光强度较大. BALLOU等[45]将PEG包裹的QDs作为荧光探针通过尾静脉注入小鼠体内，间隔不同时间解剖后观察QDs在体内的荧光稳定性，结果表明PEG修饰后的QDs不仅具有水溶稳定性，可以有效降低探针在网状内皮系统的非特异性吸附，而目在肝脏、淋巴结和骨髓中至少可以保留1个月，同时可以增加QDs在循环中的半衰期，有助于实现QDs在活体内长时间实时动态示踪观察.2.2.2 荧光量子点在活体肿瘤细胞成像中的应用GAO等[46]采用聚乙二醇( PEG)包覆的QDs标记前列腺特异性膜抗原( PSMA) 的抗体，经小鼠尾部静脉注射，实现了对表达PSMA 前列腺癌细胞的靶向成像，探测了QDs 在动物体内的生物分布、非特异性摄取、细胞毒性等.TAKEDA等[47]成功制备了HER2抗体与CdSe量子点复合的产物，该产物可使活体原发性肿瘤成像. 实验结果表明，该复合物可靶向传递到表面表达HER2蛋白的乳腺癌细胞上，并提高荧光标记的特异性，可以很好的识别特定肿瘤细胞.2.3 量子点在指纹显现中的应用2000年，美国的 MENZEL 等[48-49]首次报道了CdS量子点用于易拉罐表面的指纹显现，开创了量子点作为新材料在指纹显现方面应用的先例. 随后，MENZEL 等[50]利用 PAMAM(聚酰胺-胺型树形分子)作为模板，通过树形分子的空间限阈效应来控制包裹在树形分子内的 CdS量子点的生长，合成的CdS/PAMAM聚合物用甲醇作为溶剂稀释后，成功地用于铝箔和聚乙烯样品上的潜指纹显现. 他们认为，CdS/PAMAM表面的氨基或羧基等官能团能与指纹残留物作用使CdS/PAMAM沉积到指纹纹线上，在紫外光照射下，通过CdS/PAMAM聚合物的荧光显现指纹. 熊海等[51]在有机相中合成了InP量子点，通过相转移、紫外光照复合等过程得到了巯基乙酸修饰的InP/ZnS量子点，其荧光发射波长从450 nm红移至575 nm，在紫外光照下可以清晰显现出指纹图像. 该方法可用于不同背景颜色的多种客体(如透明胶带、黑色塑料袋、锡纸等)表面指纹的鉴定.2.4 量子点在光电学元器件中的应用2008年，GUO等[52]采用热注入法制备出均一的六边形环状黄铜矿结构的CuInSe2，并采用成膜高温热硒化法，制备出结构为Mo/CuInSe2/CdS/ZnO/ITO的电池器件，能量转换效率为3.2%. 随后，GUO等[53]将制备的Cu(In1-xGax) S2纳米晶“墨水”制成薄膜后，采用加热硒化法，制备出Cu( In1-xGax) ( Se1-ySy)2薄膜，将该薄膜作为吸收层，得到能量转换效率为4.76%的太阳能器件. 除太阳能电池之外，纳米晶还可用在发光二极管和光探测器等器件中，ZHONG等[54]利用CuInSe2/ZnS纳米晶作发光层成功制备了红光和近红外发光的发光二极管. ZHANG等[55]利用红光量子点ZnCuInS/ZnS和蓝绿光有机物作为发光层制备了白光发光二极管.结语：量子点以独特的物理和化学特性而成为研究的热点，制备量子产率高、生物相溶性好的量子点和简单化的合成方法将成为量子点合成的发展趋势. 量子点在化学、生物、医药、材料等方面都得到了一定的应用，扩展量子点的应用范围也将成为量子点研究的一个重要方向.参考文献：[1] GAO Xiao Hu, YANG Lily, PETROS J A, et al. Invivo molecular and cellular imaging with quantum dots [J]. Curr Opiniotech, 2005, 16(1): 63-72.[2] MICHALET X, PINAUD F F, BENTOLILA L A, et al. Quantum dots for live cells in vivo imaging and diagnostics [J]. Science, 2005, 307(5709): 538-544.[3] HAHN M A, TABB J S, KRAUSS T D. Detection of single bacterial pathogens with semiconductor quantum dots [J]. Anal Chem, 2005, 77(15): 4861-4869.[4] HALPERIN W P. Quantum size effects in metal particles [J]. Rev Mod Phys, 1986, 58(3): 533-606.[5] NAKAMURA S, MUKAI T, SENOH M. Candela-class high-brightness InGaN/AlGaN double-heterostructure blue-light-emitting diodes [J]. Appl Phys Lett, 1994, 64(13): 1687-1689.[6] EYCHMÜLLER A. Stucture and photophysics of semiconductor nanocrystals [J]. 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量子点的制备及应用进展
作者：于潇张雪萍王才富倪柳松等
来源：《科技视界》2013年第29期
【摘要】本文分别从量子点的概念、特性、制备方法、表面修饰等方面对量子点进行了描述及讨论，在此基础上，对量子点在生物传感器方面的应用进行了，最后分析了量子点生物传感器的存在的问题，对其未来发展趋势进行了展望。
【关键词】量子点；光学；生物传感器
量子点主要是由Ⅱ-Ⅵ族和Ⅲ-Ⅴ族元素组成的均一或核壳结构纳米颗粒，又称半导体纳米晶体。
由于发生结构和性质发生宏观到微观的转变，其拥有独特的光、电、声、磁、催化效应，因此成为一类比较特殊的纳米材料。
国内外关于量子点传感器的研究非常广泛，例如在生命科学领域，可以用于基于荧光共振能量转移原理的荧光探针检测，可以用于荧光成像，生物芯片等；在半导体器件领域，量子点可以用于激光器，发光二极管、LED等。
本文对量子点的制备方法和应用领域及前景进行了初步讨论。
1 量子点的基本特性及其制备方法
1.1 量子点的特性及优势
量子点的基本特性有：量子尺寸效应、表面效应、量子限域效应、宏观量子隧道效应，除此之外，量子点具有一些独特的光学效应，这使得量子点较传统的荧光染料用来标记生物探针具有以下优势：
（1）量子点具有宽的激发光谱范围，可以用波长短于发射光的光激发，产生窄而对称的发射光谱，避免了相邻探测通道之间的干扰。
（2）量子点可以“调色”，即通过调节同一组分粒径的大小或改变量子点的组成，使其荧光发射波长覆盖整个可见光区。
尺寸越小，发射光的波长越小。
（3）量子点的稳定性好，抗漂白能力强，荧光强度强，具有较高的发光效率。
半导体量子点的表面上包覆一层其他的无机材料，可以对核心进行保护和提高发光效率，从而进一步提高光稳定性。
正是由于量子点具有以上特性使其在生物识别及检测中具有潜在的应用前景，有望成为一类新型的生化探针和传感器的能量供体，因此备受关注。
1.2 量子点的制备方法
根据原料的不同分为无机合成路线和金属-有机物合成路线，两种合成方法各有利弊。
（1）金属-有机相合成：主要采用有机金属法，在高沸点的有机溶剂中利用前驱体热解制备量子点，前驱体在高温环境下迅速热解并结成核晶体缓慢成长为纳米晶粒。
通过配体的吸附作用阻碍晶核成长，并稳定存在于溶剂中。
该方法制备的量子点具有尺度范围分布窄，荧光量子产率高等优点。
但其成本较高且生物相溶性差，量子产率降低，甚至发生完全荧光淬灭现象。
（2）无机合成路线：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。
硫基化合物，柠檬酸等与量子点的稳定性、功能化有关，因此选择带有适当官能团的保护剂对于控制量子点的表面电荷及其他表面特征极为重要。
水相合成量子点操作简便，重复性高，成本低，表面电荷和表面性质可控，很容易引入官能团分子。
量子点质量的好坏直接关系到其应用研究的开展和研究成果的优劣。
1.3 量子点的表面修饰方法
通常制备的量子点水溶性较差，不能直接与生物物质相互相互作用。
因此，在进行水相应用前需要对量子点进行适当的表面修饰。
通过特定的表面修饰和表面处理以获得对某个样品的识别功能。
常用的量子点表面修饰技术可归纳为表面无机修饰和表面有机修饰两大类。
（1）量子点表面无机修饰：单独的量子点颗粒容易受到杂质和晶格缺陷的影响，荧光量子产率低。
当以其为核心，用另一种半导体材料包覆，形成核壳结构，可以将量子产率提高，并在消光系数上有很强的增加，因而有很强的荧光发射。
（2）量子点表面的有机修饰：量子点表面配位不足容易产生带隙表面态，通过加入有机表面活性等有机配位体与量子点表面离子键合，可以提高表面原子配位的饱和程度。
有机配位体不能同时将表面阴阳粒子完全钝化，表面依然残留有较多的悬键，钝化效果不理想，量子产率同样不能大幅度提高。
2 量子点的光学应用
半导体量子点作为新型荧光标记物用于生物医学领域的研究始于20世纪70年代末，由于量子点具有激发光谱宽而连续、发射光谱窄而对称、发光效率高、光化学性能稳定性好、不易发生光漂白、发射光颜色与粒径大小关联等优点被广泛应用于生物化学、分子生物学、细胞生物学、基因组学、蛋白质组学、药物筛选、生物大分子检测，材料医学等领域。
2.1 半导体量子点在光电子学方面的应用
由于半导体量子点可以通过改变颗粒尺寸而获得不同的发射波长和电子亲和势，与其他有机/聚合物电致发光材料相比，半导体量子点的发射光谱较窄，因此将发光性能优异的半导体量子点材料与有机/聚合物发光材料复合用于电致发光器件，来获得高色纯度、窄谱带以及在
可见光范围内发光峰连续可调的系列电致发光器件是一项非常有意义的工作，使其在光电子器件方面展现出广阔的应用前景。
2.2 半导体量子点在生物研究方面的应用
半导体量子点可以与生物大分子相偶联进而应用于活细胞体系，其在生物学领域的应用获得了多项有意义的研究成就。
较窄的发射光谱允许半导体量子点在活细胞体内和表面上进行多个目标的同时成像，这就为基于多个分子标记的恶性肿瘤的初步探测和确认提供了可能性。
用量子点进行多色成像，可以减少分析时间和增加可以检测的生物标记物的数目，具有非常重要的实用意义。
2.3 多色实验和诊断方面的应用
量子点可用于体内光学性非侵害性成像。
将半导体量子点应用于芯片上的生物标记后有望给生物材料的检测带来突破性进展，对基因组学和蛋白质组学的研究非常有用；量子点同样可以应用于药物筛选，达到双高通量药物筛选。
另外半导体量子点还可以应用于溶液矩阵，即将不同的量子点或量子点微粒标记在每一种生物分子上，并置于溶液中，形成所谓的溶液矩阵。
生物分子在溶液状态下易于保持生物分子的正常三维构象，从而具有正常的生物功能，这是其优于平面芯片之处，量子点在生物医学领域最具诱惑力的应用是纳米机器人的研究，可以将其注入人体血管内，清楚心脏动脉脂肪沉积物和杀除病毒和癌细胞。
2.4 半导体量子点在公共安全方面的应用
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，其中黄色的指纹图像更明亮，更清晰，这表明平滑且清晰的指纹图像可以通过使用多色CdTe量子点获得。
另外在有报道将量子点应用于炸药的荧光检测，取得了一定的效果，因此，量子点在公共安全方面具有潜在的应用。
3 结论
基于化学物质与量子点表面的物理化学作用的合成方法不仅简单，而且容易获得很高的灵敏度和选择性，这是当前量子点的传感器得到极大发展的一个重要原因。
但是如何同时测定环境和生物样品中的多种组分，是基于量子点传感器未来发展的重要方向。
此外，虽然以量子点为基础的共振能量传感器已经应用在化学，生物等领域得到了广泛的研究，但是还不能直接用于量子点之间的反应。
再有，如何合成高通量，水溶性的量子点，也是影响量子点生物传感器发展的重要因素。
[责任编辑：王静]。