符号量子通讯详解
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
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
第一性原理简介
第一性原理是什么 第一性原理怎么用 1什么是第一性原理 根据原子核和电子互相作用的原理及其基本运动规律，运用，从具体要求出发，经过一些近似处理后直接求解的算法，称为第一性原理。广义 的第一原理包括两大类，以Hartree-Fock自洽场计算为基础的从头算和 （DFT计算。 从定义可以看出第一性原理涉及到量子力学、、Hartree-Fock自洽场、等许多对我来说很陌生的物理化学定义。因此我通过向师兄请教和上网查资料一点点的了解并学习这些知识。 2第一性原理的作用 以密度泛函理论（DFT）为基础以及在此基础上发展起来的简单而具有一定精度的局域密度近似（LDA）和广义梯度近似（GGA）的第一性原理电子结构计算方法，与传统的解析方法一样，不但能够给出描述体系微观电子特性的物理量如波函数、态密度、费米面、电子间互作用势等，以及在此基础上所得到的体现体系宏观物理特性的参量如结合能、电离能、比热、电导、光电子谱、穆斯堡尔谱等等，而且它还可以帮助人们预言许多新的
物理现象和物理规律。密度泛函计算的一些结果能够与实验直接进行比较一些应用程序的发展乃至商业软件的发布，导致了基于密度泛函理论的第 一原理计算方法的广泛应用。 密度泛函理论（DFT）为第一性原理中的一类，在物理系、化学、材料科学以及其他工程领域中，密度泛函理论（DFT及其计算已经快速发展成 为材料建模模拟的一种“标准工具”。 密度泛函理论可以计算预测固体的晶体结构、晶格参数、能带结构、态密度（DOS、光学性能、磁性能以及原子集合的总能等等。 3第一性原理怎么用 目前我所学到的利用第一性原理的软件为Material Studio 、VASP软件。其中Materials Studio （简称MS是专门为材料科学领域研究者幵发的一款可运行在PC上的模拟软件。使化学及材料科学的研究者们能更方便地建立三维结构模型，并对各种晶体、无定型以及高分子材料的性质及相关过程进行深入的研究。模拟的内容包括了催化剂、聚合物、固体及表面、晶体与衍射、化学反应等材料和化学研究领域的主要课题。 模块简介 Materials Studio 采用了大家非常熟悉的Microsoft标准用户界面， 允许用户通过各种控制面板直接对计算参数和计算结果进行设置和分析。 目前，Materials Studio 软件包括如下功能模块： Materials Visualizer: 提供了搭建分子、晶体及高分子材料结构模型所需要的所有工具，可以操作、观察及分析结构模型，处理图表、表格或文本等形式的数据，并提供软件的基本环境和分析工具以及支持Materials Studio 的其他产品。是Materials Studio 产品系列的核心模块。 Discover: Materials Studio 的分子力学计算引擎。使用多种分子力学和动力学 方法，以仔细推导的力场作为基础，可准确地计算出最低能量构型、分子体系的结构和动力学轨迹等。
量子信息与量子计算课程论文
半导体量子点的电子自旋相干和自旋操控 摘要:现在各国科学家都在努力希望实现量子计算机，而量子计算机需要一些重要的量子性质，其一是“量子相干性”。该文介绍了量子相干性，并简略介绍了半导体量子点中的电子的自旋相干性，简要探讨半导体量子点的电子自旋操控的方法 关键词：量子点自旋相干自旋调控 一﹑量子相干性 量子相干性，或者说“态之间的关联性”。其一是爱因斯坦和其合作者在1935年根据假想实验作出的一个预言。这个假想实验时这样的：高能加速器中，由能量生成的一个电子和一个正电子朝着相反的方向飞行，在没有人观测时，两者都处于向右和向左自旋的叠加态而进行观测时，如果观测到电子处于向右自旋的状态，那么正电子就一定处于向左自旋的状态。这是因为，正电子和电子本是通过能量无中生有而来，必须遵守守恒定律。这也就是说，“电子向右自旋”和“正电子向左自旋”的状态是相关联的，称作“量子相干性”。这种相干性只有用量子理论才能说明。 要在量子计算机中实现高效率的并行运算，就要用到量子相干性。彼此有关的量子比特串列，会作为一个整体动作。因此，只要对一个量子比特进行处理，影响就会立即传送到串列中多余的量子比特。这一特点，正是量子计算机能够进行高速运算的关键。 二﹑半导体量子点中的电子的自旋相干性
半导体中的电子电荷相干态已经由超快脉冲激光光谱进行了广 泛的研究。强的激光脉冲在半导体中产生了大量的电子和空穴,它们的动力学过程大致可分成3 个阶段: (1) 无碰撞或相干阶段。在这个阶段内,电子和空穴与光场之间产生了一个相干的耦合振荡,导致 了材料极化强度的振荡,类似于二能级系统的拉比跳跃。 (2) 位相弛豫阶段。在这个阶段内,电子和空穴都失去了它们的位相相干性,类 似于二能级系统的退相弛豫。 (3) 准热平衡阶段。由于电子- 声子相互作用,电子和空穴将能量传递给声子(晶格) ,它们分别弛豫到导 带和价带的顶部,形成准平衡状态。利用不同延迟时间的泵- 探束瞬态吸收光谱可以测量半导体中的退相弛豫时间。图1 是GaAs 三个激发载流子浓度下瞬态差分透射系数ΔT作为延迟时间的函数。 由图1 可见,有两个衰减过程;一个是快过程,另一个是慢过程。前者对应于位相弛豫,后者对应于准热平衡弛豫。实验测得GaAs中 的位相弛豫时间分别为30 ,19 ,13fs ,对应于由小到大三个载流子 浓度。这个位相弛豫时间是较小的,主要是由电子的谷间散射引起的。
量子点标记链霉亲和素
量子点标记链霉亲和素 本品是CdSe/ZnS半导体量子点与链霉亲和素的结合物。 链霉亲和素（Streptavidin，SA，链霉抗生物素蛋白）是链霉菌Streptomyces avidinii 分泌的、分子量大小为66kD的同源四聚体蛋白质。链霉亲和素对生物素（即维生素B7或维生素H）具有极高的亲和力，解离常数约为10?14 mol/L，分子的每条肽链都能结合一个生物素，即一个链霉亲和素能结合四个生物素。与鸡蛋来源的亲和素（Avidin）相比，链霉亲和素呈弱酸性，等电点（pI）约6.0，不含糖基，生物素结合力稍弱但特异性更好，对多数生物素修饰的物质具有更高的亲和力；同时链霉亲和素-生物素复合物对有机溶剂、变性剂（如尿素）、洗涤剂（如SDS 与曲拉通）、蛋白水解酶类、极端温度以及pH具有良好耐受力，因此被广泛应用于分子生物学和生物纳米技术中。 本品采用CdSe和CdSe/ZnS核-壳型量子点，发射光谱从450nm到700nm可调，荧光颜色范围覆盖可见光区，从蓝色到红色，具有极好的化学稳定性和光学稳定性，质量稳定性好，量子产率高。可适用于生物检测、蛋白质、细胞或组织荧光标记、免疫组化、基因芯片或生物传感器等技术并满足各种科研需求。 我公司拥有世界一流的量子点研发团队，采用不同以往的先进生产工艺，所生产的CdSe和CdSe/ZnS核-壳型量子点，发射光谱从450nm到700nm可调，荧光颜色范围覆盖可见光区，从蓝色到红色，具有极好的化学稳定性和光学稳定性，质量稳定性好，量子产率高，品质已达到或超过世界先进水平，可提供不同规格、不同浓度的水溶性和油溶性量子点，还可根据客户要求对其进行特异性功能化。 传统的量子点制备工艺要求高温反应（~200-300 o C）和无水无氧等苛刻条件，并且所制备得到的量子点是油溶性的，并不能直接满足应用需求，要通过复杂的后处理过程，才能得到需要的产品，产品稳定性较差，容易产生集聚现象。中科物源量子点采用独特的生产工艺，在温和条件下直接反应制备得到所需产品，不需要苛刻的实验条件和后处理过程，具有工艺相对简单、易于操控等优点，所生产的产品稳定性好，粒径小，荧光峰误差小，量子产率高，其技术水平处于国际领先阶段 激发波长低于发射波长均可，推荐使用365 nm为最佳激发波长 发射波长500 nm 550 nm 600 nm 620 nm 并可按要求定制
量子力学第一性原理
量子力学第一性原理：仅需五个物理基本常数——电子质量、电子电量、普郎克常数、光速和玻耳兹曼常数，通过求薛定谔方程得到材料的电子结构，而不依赖于任何经验常数即可以预测微观体系的状态和性质，预测材料的组分、结构、性能之间的关系，进一步设计具有特定性能的新材料 作为评价事物的依据，第一性原理和经验参数是两个极端。第一性原理是某些硬性规定或推演得出的结论，而经验参数则是通过大量实例得出的规律性的数据，这些数据可以来自第一性原理(称为理论统计数据)，也可以来自实验(称为实验统计数据)。如果某些原理或数据来源于第一性原理，但推演过程中加入了一些假设(这些假设当然是很有说服力的)，那么这些原理或数据就称为“半经验的”。 量子化学的第一性原理是指多电子体系的Schr?dinge r方程，但是光有这个方程是无法解决任何问题的，量子力学能够准确的解决的问题很少很少，绝大多数都是有各种各样的近似，为此计算量子力学提出一个称为“从头计算”的原理作为第一性原理，除了Schr?dinger方程外还允许使用下列参数和原理： (1) 物理常数，包括光速c、Planck常数h、电子电量e、电子质量m e以及原子的各种同位素的质量，尽管这些常数也是通过实验获得的。(在国际单位值中，光速是定义值，Planck常数是测量值，在原子单位制中则相反。) (2) 各种数学和物理的近似，最基本的近似是“非相对论近似”(Schr?dinger 方程本来就是非相对论的原理)、“绝热近似”(由于原子核质量比电子大得多，而把原子核当成静止的点处理)和“轨道近似”(用一个独立函数来描述一个独立电子的运动)。 量子化学的从头计算方法就是在各种近似上作的研究。如果只考虑一个电子，而把其他电子对它的作用近似的处理成某种形式的势场，这样就可以把多电子问题简化成单电子问题，这种近似称为单电子近似，也称为平均场近似，例如最基本的从头计算方法哈特里－富克（Hartree-Fock）方法，是平均场近似的一种，它把所有讨论的电子视为在离子势场和其他电子的平均势场中的运动。但是哈特里－富克近似程度过大，忽略了电子之间的交换和相关效应，使得计算的精度受到一定的限制，为了解决这一问题，P Hohenberg和W Kohn于1964年提出密度泛函理论（density functional theory, DFT），这一理论将电子之间的交换相关势表示为密度泛函，然后使薛定谔方程在考虑了电子之间的复杂相互作用后
《关于量子通信》非连续文本阅读练习及答案
阅读下面的文字，完成7～9题。 材料一： 日前，中国科学院在京召开新闻发布会对外宣布，“墨子号”量子科学实验卫星提前并圆满实现全部既定科学目标，为我国在未来继续引领世界量子通信研究奠定了坚实的基础。 通信安全是国家信息安全和人类经济社会生活的基本需求。千百年来，人们对于通信安全的追求从未停止。然而，基于计算复杂性的传统加密技术，在原理上存着着被破译的可能性，随着数学和计算能力的不断提升，经典密码被破译的可能性与日俱增。中国科学技术大学潘建伟教授说：“通过量子通信可以解决这个问题，把量子物理与信息技术相结合，用一种革命性的方式对信息进行编码、存储、传输和操纵，从而在确保信息安全、提高运算速度、提升测量精度等方面突破经典信息技术的瓶颈。” 量子通信主要研究内容包括量子密钥分发和量子隐形传态。量于密钥分发通过量子 态的传输，使遥远两地的用户可以共享无条件安全的密钥，利用该密钥对信息进行一次 一密的严格加密。这是目前人类唯一已知的不可窃听、不可破译的无条件安全的通信方式，量子通信的另一重要内客量子隐形传态，是利用量子纠缠特性，将物质的未知量子 态精确传递到遥远地点，而不用传递物质本身，通过隐形传输实现信息传递。（摘 编自吴月辉《“墨子号”，抢占量子科技创新制高点），《人民日报》2017年8月10日） 材料二： 潘建伟的导师安东·蔡林格说，潘建伟的团队在量子互联网的发展方面冲到了领先地位。量子互联网是由卫星和地面设备构成的能够在全球范围分享量子信息的网络。这将使不可破解的全球加密通信成为可能，同时也使我们可以开展一些新的控制远距离量子联系的实验。目前，潘建伟的团队计划发射第二颗卫星，他们还在中国的天宫二号空间站上进行着一项太空量子实验。潘建伟说，未来五年“还会取得很多精彩的成果，一个新的时代已经到来”。 潘建伟是一个有着无穷热情的乐观主义者。他低调地表达了自己的信心，称中国政府将会支持下一个宏伟计划——一项投资20亿美元的量子通信、量子计量和量子计算的五年计划，与此形成对照的是欧洲2016年宣布的旗舰项目，投资额为12亿美元。 （摘编自伊丽莎白·吉布尼《一位把量子通信带到太空又带回地球的物理学家》，《自然》2017年12月） 材料三： 日本《读卖新闻》5月2日报道：中国实验设施瞄准一流（记者：莳田一彦，船越翔）在中国南部广东省东莞市郊外的丘陵地带，中国刚刚建成了大型实施设施“中国散裂中子
量子点标记技术在食品安全检测中的应用
量子点标记技术在食品安全检测中的应用 文学方1,2，杨安树1,2,*，陈红兵1,2 (1.南昌大学 食品科学与技术国家重点实验室，江西 南昌 330047；2.南昌大学中德联合研究院，江西 南昌 330047) 摘 要：近年来，量子点荧光标记技术已得到较快的发展，以其为基础开发的检测技术具有准确、灵敏、稳定、特异性高的特点，在生物医学方面已有广泛应用。本文阐述了量子点的特性和相关检测技术，及其在食品安全快速检测中的应用。 关键词：量子点；食品安全；快速检测 Application of Quantum Dots in the Detection of Food Safety: A Review WEN Xue-fang 1,2，YANG An-shu 1,2,*，CHEN Hong-bing 1,2 (1. State Key Laboratory of Food Science and Technology, Nanchang University, Nanchang 330047, China ； 2. Sino-German Joint Research Institute, Nanchang University, Nanchang 330047, China) Abstract ：The labeling technology using quantum dots has gained quick development in recent years. Due to the characteristics of accuracy, high sensitivity, good stability and high specificity, this technology has been extensively used in the field of biomedicine. In this paper, properties and detection strategies of quantum dot technology are reviewed, which will extend its application in rapid detection for food safety. Key words ：quantum dots ；food safety ；rapid detection 中图分类号：TS201.6 文献标识码：A 文章编号：1002-6630(2009)21-0399-04 收稿日期：2009-07-17 基金项目：江西省自然科学基金项目(2007GQY2010)；江西省教育厅科学技术研究项目(赣教技字[2007]48号)作者简介：文学方(1985－)，男，硕士研究生，研究方向为食品安全。E-mail ：wxf198508@https://www.360docs.net/doc/1a9127528.html, *通讯作者：杨安树(1972－)，男，副教授，博士，研究方向为食品安全。E-mail ：yanganshuxjh@https://www.360docs.net/doc/1a9127528.html, “国以民为本，民以食为天，食以安为先”，食品安全关系到广大人民群众的切身利益，关系到经济的可持续发展和社会和谐稳定。近年来，国内外发生的“瘦肉精”、“苏丹红”、“三聚氰胺”等食品安全事件，给各国经济和人民生命财产造成重大损失，也使得消费者对食品安全忧心忡忡。为此，许多国家尤其是发达国家投入巨资，逐步建立了一整套预防、监督、评估的预警体系。而开展食品安全研究，发展准确、快速、简便、灵敏的食品安全检测技术是整个预警体系的重要组成部分，对于控制和解决食品安全隐患具有非常重要的意义。 目前，食品安全检测方法主要有化学分析法(CA)、薄层层析法(TLC)、气相色谱法(GC)、高效液相色谱法(HPLC)、GC-MS 联用法、酶联免疫吸附法(ELISA)等[1-2]，这些方法存在检测时间长、灵敏度低、假阳性高、样品前处理复杂、样品基质干扰严重等制约因素，难以满足实际检测特别是现场快速检测的需要。现阶段，我国食品安全关键检测技术与发达国家差距较大，很大程度上为我国食品安全带来隐患，同时也限制了我国的食 品贸易。当前，面对国内外食品安全新形势，迫切需要研制和开发灵敏、准确、快速的食品安全检测新技术。１ 量子点光学特性 量子点，又称半导体纳米微晶粒，粒径在1～100nm 之间，主要由Ⅱ～Ⅵ族或Ⅲ～Ⅴ族元素组成，其中，以C dX (X ＝S 、Se 、Te)研究较多，量子点接受激发光后能够产生荧光。与传统的有机荧光染料相比，量子点具有以下特点[3-6]：1)激发光谱宽且连续，发射光谱窄、对称、重叠小。激发光谱宽、连续可以使用一种激发光同时激发多种量子点而获得不同波长的荧光；发射峰窄、对称、重叠小，有利于提高测定的选择性和灵敏度；2)可通过控制量子点的大小和组成来调谐其发射波长，利用该特点可选择合适的量子点降低或避免背景干扰；3)荧光强度及稳定性高，可实现较长时间分析检测。 正因为具有如此独特的光学性能，量子点可作为一种优良的荧光探针应用于生物研究中。但是，直接制
第一性原理计算原理和方法
第二章 计算方法及其基本原理介绍 化学反应的本质是旧键的断裂和新建的形成，参与成键原子的电子壳层重新组合是导致生成稳定多原子化学键的明显特征。因此阐述化学键的理论应当描写电子壳层的相互作用与重排，借助求解满足适当的Schrodinger 方程的波函数描写分子中电子分布的量子力学，为解决这一问题提供了一般的方法，然而，对于一些实际的体系，不引入一些近似，就不可能求解其Schrodinger 方程。这些近似使一般量子力学方程简化为现代电子计算机可以求解的方程。这些近似和关于分子波函数的方程形成计算量子化学的数学基础。 2.1 SCF-MO 方法的基本原理 分子轨道的自洽场计算方法 (SCF-MO)是各种计算方法的理论基础和 核心部分，因此在介绍本文计算工作所用 方法之前，有必要对其关键的部分作一简 要阐述。 2.1.1 Schrodinger 方程及一些基本近似 为了后面介绍各种具体在自洽场分子轨道(SCF MO)方法方便，这里将主要阐明用于本文量子化学计算的一些重要的基本近似，给出SCF MO 方法的一些基本方程，并对这些方程作简略说明，因为在大量的文献和教材中对这些方程已有系统的推导和阐述[1-5]。 确定任何一个分子的可能稳定状态的电子结构和性质，在非相对论近似下，须求解定态Schrodinger 方程 ''12121212122ψψT p B A q p A p pA A pq AB B A p A A A E R Z r R Z Z M =??????? ?-++?-?-∑∑∑∑∑∑≠≠ （2.1） R AB =R 图2-1分子体系的坐标
其中分子波函数依赖于电子和原子核的坐标，Hamilton 算符包含了电子p 的动能和电子p 与q 的静电排斥算符， ∑∑≠+?-=p q p pq p e r H 12121?2 (2.2) 以及原子核的动能 ∑?-=A A A N M H 2121? (2.3) 和电子与核的相互作用及核排斥能 ∑∑≠+-=p A B A AB B A pA A eN R Z Z r Z H ,21? (2.4) 式中Z A 和M A 是原子核A 的电荷和质量，r pq =|r p -r q |，r pA =|r p -R A |和R A B =|R A -R B |分别是电子p 和q 、核A 和电子p 及核A 和B 间的距离（均以原子单位表示之）。上述分子坐标系如图2.1所示。可以用V(R,r)代表(2.2)－(2.4)式中所有位能项之和 ∑∑∑-+= ≠≠p A pA A B A q p pq AB B A r Z r R Z Z r R V ,12121),( (2.5) ● 原子单位 上述的Schrodinger 方程和Hamilton 算符是以原子单位表示的，这样表示的优点在于简化书写型式和避免不必要的常数重复计算。在原子单位的表示中，长度的原子单位是Bohr 半径 A == 52917725.042220e m h a e π 能量是以Hartree 为单位，它定义为相距1Bohr 的两个电子间的库仑排斥作用能 2 1a e Hartree = 质量则以电子制单位表示之，即定义m e =1 。 ● Born-Oppenheimer 近似 可以把分子的Schrodinger 方程(2.1)改写为如下形式
量子计算和量子信息(量子计算部分,Nielsen等着)6
6.1 当x=0时有(2|0><0|-I )|x>=|0> 当x>0时有(2|0><0|-I )|x>=-|x> 所以2|0><0|-I I 即为相移算子 6.2 |φ><φ|=1/N Σ i =0 N?1Σ j =0 N?1|i>
半导体量子点及其应用概述_李世国答辩
科技信息2011年第29期 SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION 0引言 近年来半导体材料科学主要朝两个方向发展:一方面是不断探索扩展新的半导体材料,即所谓材料工程;另一方面是逐步从高维到低维深入研究己知半导体材料体系,这就是能带工程。半导体量子点就是通过改变其尺寸实现能级的改变,达到应用的目的,这就是半导体量子点能带工程。半导体量子点是由少量原子组成的准零维纳米量子结构,原子数目通常在几个到几百个之间,三个维度的尺寸都小于100纳米。载流子在量子点的三个维度上运动受尺寸效应限制,量子效应非常显著。在量子点中,由于量子限制效应作用,其载流子的能级类似原子有不连续的能级结构,所以量子点又叫人造原子。由于特殊能级结构,使得量子点表现出独特的物理性质,如量子尺寸效应、量子遂穿效应、库仑阻塞效应、表面量子效应、量子干涉效应、多体相关和非线性光学效应等,它对于基础物理研究和新型电子和光电器件都有很重要的意义,量子点材料生长和器件应用研究一直是科学界的热点之一[1]。 1量子点制备方法 目前对量子点的制备有很多方法,主要有外延技术生长法、溶胶-凝胶法(Sol-gel 和化学腐蚀法等,下面简单介绍这几种制备方法: 1.1外延技术法 外延技术法制备半导体量子点,主要是利用当前先进的分子束外延(MBE、金属有机物分子束外延(MOCVD和化学束外延(CBE等技术通过自组装生长机理,在特定的生长条件下,在晶格失配的半导体衬底上通过异质外延来实现半导体量子点的生长,在异质外延外延中,当外延材料的生长达到一定厚度后,为了释放外延材料晶格失配产生的应力能,外延材料就会形成半导体量子点,其大小跟材料的晶格失配度、外延过程中的条件控制有很大的关系,外延技术这是目前获得高质量半导体量子点比较普遍的方法,缺点是对半导体量子点的生长都是在高真空或超高真空下进行,使得材料生长成本非常高。1.2胶体法
第一性原理
第二章 第一性原理计算方法与软件介绍 19世纪末，科学家们发现经典力学和经典电动力学在描述物质的微观系统时存在明显不足，对实验中的许多现象不能做出真正合理的解释。鉴于此，20世纪初物理学家们在旧量子论的基础上建立了量子力学，主要研究原子、分子、凝聚态物质等内部微观粒子的结构、运动规律等性质，目前已广泛应用于物理、化学、材料等学科领域。随着量子力学理论的不断完善，并结合日趋成熟的计算机技术，量子计算模拟成为了现代科学中必不可少的研究手段之一。第一性原理计算(First-principles calculation)，亦称为从头算(Ab-initio calculation)。该计算方法可根据量子力学基本原理，基于密度泛函理论对材料微观体系的状态和性质进行理论上的预测，且计算过程中不需要使用任何经验参数，只需要一些基本物理量(电子电荷质量e 、电子静止质量m 0、光速c 、普朗克常数h 、波尔兹曼常数k B )。本工作所选用的计算程序为Materials Studio 软件中的CASTEP 量子力学模块，该模块是基于密度泛函理论的从头算量子力学程序。本章节将简要的介绍密度泛函理论和CASTEP 计算模块。 2.1密度泛函理论概述 第一性原理主要的研究对象是多原子体系。它依据量子力学原理，且在无任何实验参数引入的情况下，将多原子体系当作由自由电子和原子核组成的多粒子体系进行处理。然而，关于量子力学中多粒子体系处理的出发点则为著名的薛定谔方程(Schr?dinger Equation)。Schr?dinger 方程是量子力学的一个基本方程，也是第一性原理计算方法的核心，它是由奥地利物理学家薛定谔(Schr?dinger)于1926年提出的。该方程可用于描述微观粒子的运动规律，故亦被称为薛定谔波动方程(Schr?dinger Wave Equation)，其定态方程描述如下： 2 2[()]()(,)2V r r,t i r t t ψψμ?-?+=? (2-1) 式中?为约化普朗克(Plank)常数；μ和V(r)分别表示粒子质量和势场；r 和t 则为体系中所有电子与原子核的位置坐标；Ψ(r,t)是系统波函数，即运动的微观粒子
量子点在生物标记中的应用
量子点在生物标记中的应用 【摘要】：生物医学检测领域，荧光标记分子是研究抗原-抗体，DNA链段、酶与底物等分子间相互作用的重要研究工具。荧光量子点作为一种新型荧光纳米材料，具有量子效率高，摩尔消光系数大，光稳定性好，可控的荧光发射波长和宽的荧光激发波长范围等优异的光学性能，因而在生物分析，检测等领域得到广泛应用。 前言 纳米量子点是准零维材料。当颗粒尺寸和电子的德布罗意波长相比拟的时候，尺寸限域将引起尺寸效应，小尺寸效应和宏观量子隧道效应，从而展现出不同于宏观材料的光学性质。 [1]由于其独特的发光性质，量子点在医学生物芯片，药物和基因载体、以及生物化学分析、疾病的诊断与治疗等方面的应用得到的广泛的关注。 与传统荧光染料相比，量子点存在以下优点：[2] （1）量子点的发射光谱可以通过改变量子点的尺寸大小来控制。通过改变量子点的尺寸和它的化学组成可以使其发射光谱覆盖整个可见光区。而传统的邮寄荧光染料激发光谱窄，发射光谱很宽。激发光谱窄导致每一个不同的荧光染料必须使用一种特定的激发波长来激发，限制了使用有机荧光染料作为荧光探针进行多色标记。而且其荧光发射峰的半峰宽很宽，导致不同波长的有机荧光染料的发射峰彼此重叠，大大限制了可以同时使用的荧光探针的数量。 （2）量子点具有良好的光稳定性，量子点的荧光强度比最常用的邮寄荧光材料“罗丹明6G”高20倍，稳定性是100倍以上，因此，量子点可以对标记的物体进行长时间的观察。有机荧光染料的荧光稳定性不好，见光极易分解，产生光漂白现象，导致量子产率下降，对检测过程造成影响。 （3）量子点具有宽的激发谱和窄的发射谱。使用同一激发光源就可实现对不同粒径的量子点进行同步检测，因而可用于多色标记，极大地促进了荧光标记在生物钟的应用。 （4）量子点具有较大的斯托克斯位移。可以避免发射光谱和激发光谱的重叠，有利于荧光光谱信号的检测。 （5）生物相容性好。量子点经过化学修饰之后，对细胞毒性低，对生物危害小，可进行生物活体标记和检测。 （6）量子点的荧光寿命长。有机荧光燃料的寿命一般为几纳秒，而量子点的荧光寿命可持续数十纳秒。这使得当光激发后，大多数的自发荧光已经衰变，但量子点荧光仍然存在，此时即可得到无背景干扰的荧光信号。 量子点进行生物标记的基础 1、量子点与生物分子的偶联[3] 量子点和生物分子的偶联是将量子点应用到生物领域的基础，生物分子可以通过各种作用力，如静电吸附，共价偶联，配位键和生物特异性吸附等，与量子点得到生物功能化的量
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/1a9127528.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
蛋白标记技术详解
蛋白标记技术详解 蛋白质标记的主要目的是监测生物过程、辅助检测（例如化合物的可靠定量、蛋白质修饰的特异性检测）或者纯化蛋白及其结合对象。蛋白质的标记能够提高检测灵敏度以及简化检测工作流程。 目前有多种蛋白质标记技术来帮助我们研究感兴趣的蛋白质的丰度、位置、相互作用、翻译后修饰、功能，乃至监测活细胞中的蛋白质运输等问题。目前有多种类型的标记物和标记方式可供选择，但是针对特定的应用应当选择适合的标记策略。 1.代谢标记策略 代谢标记策略是一种体内标记方法，在这种方法中，细胞被“喂养”了化学标记的营养物，然后这些标记物被掺入新合成的蛋白质、核酸或代谢物中。然后，我们可以收集细胞并分离这些分子以获得细胞生物过程的全局视图。 蛋白同位素标记 原理 蛋白同位素标记是一种经典的蛋白示踪和蛋白组学定量技术，用天然同位素（轻型）或稳定同位素（重型）标记的必需氨基酸取代细胞培养基中相应氨基酸，这样细胞新合成的蛋白质可以在细胞生长期间通过掺入含有不同同位素的氨基酸进行标记。 应用举例 蛋白质组学研究方向流行的代谢标记方法是SILAC（Stable Isotope Labeling with Amino acids in Cell culture），即细胞培养中氨基酸的稳定同位素标记。结合质谱技术，SILAC 通过使用重型氨基酸（例如，15N-或13C-赖氨酸）标记其中一组培养物或细胞系，而向另一组添加正常的轻型氨基酸，从而量化两种培养物或细胞系之间蛋白质丰度的差异。然后将在这两种条件下生长的细胞的裂解蛋白按细胞数或蛋白量等比例混合，经分离、纯化后进行质谱鉴定，根据一级质谱图中两个同位素型肽段的