基于微流控技术的功能型量子点的合成及应用

摘要

ABSTRACT

第一章绪论 (1)

1.1微流控芯片的简介 (1)

1.2微流控芯片的国内外研究进展概述 (1)

1.3微流控芯片在纳米合成上的应用研究发展现状 (2)

1.4量子点纳米材料简介 (8)

1.5量子点在生物光子学中的应用 (11)

1.5.1 与生物分子连接 (11)

1.5.2 量子点生物标记应用 (13)

1.5.3 量子点生物成像应用 (14)

1.5.4 在免疫学中的应用 (15)

1.5.5 其他应用 (15)

1.5.6 前景展望 (16)

第二章量子点的相关理论 (18)

2.1量子点的常用制备方法 (18)

2.1.1 有机相合成 (18)

2.1.2 水相合成 (18)

2.2微流控制备量子点方法的相关理论 (19)

2.3量子点的表征 (21)

2.3.1 透射电子显微镜 (21)

2.3.2 吸收光谱 (22)

2.3.3 荧光光谱 (22)

2.3.4动态光散射粒径分析 (23)

2.4量子点物化特性 (23)

2.4.1量子点的物理效应 (23)

2.4.2量子点的光学特性 (25)

2.4.3量子点的发光原理 (26)

2.4.4量子点的能级结构 (27)

第三章应用于量子点合成的微流控芯片的设计与制作 (29)

3.1引言 (29)

3.2微流控芯片的制作技术概述 (29)

3.2.1 微流控芯片的结构及特点介绍 (29)

3.2.2 微流控芯片的材料选取 (30)

3.2.3微流控芯片的成型方法 (31)

3.3微流控芯片的模拟仿真理论概述 (32)

3.4应用于合成量子点的微流控芯片的制作 (35)

3.4.1 应用于合成量子点的微流控芯片的理论模拟 (35)

3.4.2微流控芯片的设计与制作 (37)

3.5本章小结 (43)

第四章应用微流控芯片制备的生物功能型二元量子点材料及其应用 (44)

4.1引言 (44)

4.2微流控芯片中合成二元量子点的理论模拟 (45)

4.3微流控芯片中合成二元量子点的实验 (46)

4.3.1 CdTe水相量子点的传统制备方法 (46)

4.3.2 “一步合成法”制备生物功能型CdTe量子点 (47)

4.3.3 微流控芯片法合成功能型CdTe量子点 (48)

4.4微流控芯片中合成二元量子点的表征与分析 (49)

4.5微流控芯片中合成二元量子点的稳定性研究 (56)

4.6微流控芯片中合成二元量子点在生物成像上的应用 (57)

4.7本章总结 (62)

第五章应用微流控芯片制备功能型三元量子点材料及其生物应用 (63)

5.1引言 (63)

5.2CuInS2,CuInS2/ZnS及dBSA-CuInS2/ZnS水相量子点的传统制备方法 (66)

5.3应用微流控芯片制备CuInS2及CuInS2/ZnS水相量子点的方法 (67)

5.4微流控芯片中合成三元量子点的表征与分析 (69)

5.5微流控芯片中合成三元量子点的生物功能化及其在生物成像上的应用 (74)

5.5.1 叶酸对dBSA-CuInS2/ZnS的修饰实验 (74)

5.5.2 透明质酸对dBSA-CuInS2/ZnS的修饰实验 (75)

5.5.3 生物功能化的dBSA-CuInS2/ZnS量子点的生物成像研究 (75)

5.6本章总结 (84)

第六章总结与展望 (85)

致谢 (87)

参考文献 (88)

攻读博士学位期间发表论文、参与科研项目、专利 (93)

第一章绪论

1.1微流控芯片的简介

微流体是一种以在微米量级空间下对流体进行控制为主要目的装置，系统和方法，并在化学，物理和生物领域逐渐成为一种有力的工具[1]。与传统的宏观系统相比，微流体系统反应及检测速度快，同时所消耗的化学试剂及溶剂少，可以达到降低能耗，减少废物的产生。

微流控芯片让“大量实验都集成在一个小芯片”的设想成为了可能，因而得到了各个领域的密切关注，尤其在化学、生物等领域表现出更为广泛的应用。微流控芯片可以将样品的合成，修饰和检测等步骤都集成在一个小芯片上，因此我们又将微流控芯片形象地称为“芯片实验室（Lab-on-a-chip）”。

1.2微流控芯片的国内外研究进展概述

微流体概念最初模型是在1990年，瑞士Ciba-Geigy分析实验室具有微电子学研究背景的Manz和Winmer[1]等人首次提出了微全分析系统（μ-TAS）的概念。之后两年他们与加拿大阿尔伯塔大学的Harrison合作，应用当时刚刚发展出来的MEMS（微机电系统）技术所采用的光刻化学腐蚀方法，以玻璃为基质在上面刻蚀出微流通道然后进行封装制作出了微流控芯片，并将其应用在了电泳分离实验上，为微流控芯片在之后的发展提供了无限的可能[2-4]。在2001年，英国皇家化学学会（RSC）以“Lab on a chip”（《芯片实验室》）为名创刊，很快成为微流控领域的一本主流高影响力的刊物，也标志着微流控芯片成为了一个被学术界认可的独立领域，该刊物也成为了微流控芯片研究和发展的风向标。2006年，美国自然（Natrure）杂志发表了一期为“Lab on a chip”的专辑，从微流控芯片的起源、发展，化学分析系统的尺寸设计，微粒体与光学结合得到的光流控技术，未来高集成微流控芯片的设计，在微流控芯片中的化学反应和监测，细胞芯片，和微流体诊断技术对全球公共健康等领域的研究历史、发展现状和应用前景进行了详细的阐述[5-12]，并在主编评论中提到“芯片实验室可能成为这一世纪的技术”[13]。从此，微流控芯片在更高层次和更大范围内被学术界和产业界所认同。

从90年代中后期开始，微流控芯片技术逐渐走入中国科学工作者的视野，中科院及一些大学的研究团队在国家和政府的大力支持下，从各个研究领域突破发展微流控芯片的应用。据不完全统计，在2009年，Lab on a chip杂志中中国科学家发表的论文数已经排名世界第二[14]。同年，中科院大连化学物理研究所的林炳承研究院受邀出任了Lab on a chip杂志的编委，可见微流控技术在中国发展之快，同时并得到了世界的认可。