油溶性II-VI族量子点的低成本高效制备、性能及应用研究

摘要

Ⅱ-Ⅵ族量子点由于其独特的光学性质和在生物成像和荧光标记等方面的良好应用前景而受到广泛的关注。本文主要对液体石蜡/油酸体系中油溶性Ⅱ-Ⅵ族量子点CdSe、CdTe和CdSe1-xTex及其核/壳结构量子点的低成本高效制备进行了系统的研究,并对量子点在生物医学领域的应用前景进行了初步的探索,具体开展了以下的工作:　　 (1)对液体石蜡/油酸体系中CdSe量子点的合成进行了系统的研究,结果表明液体石蜡/油酸体系使CdSe量子点的生长速度减缓,有利于对CdSe量子点发射波长进行有效控制,并且由于体系中CdSe量子点荧光量子效率的“亮点”出现在反应的初始阶段,因此经过条件优化可以使发射波长位于蓝光区和绿光区(470-530nm)的小粒径CdSe量子点的荧光量子效率达到30-50％,优于传统TOPO(氧化三辛基膦)体系中在此波段的CdSe量子点产物。热稳定性研究表明,CdSe量子点具有良好的热稳定性,优于文献报道的水溶性CdSe/ZnS核/壳结构量子点。通过选择合适的反应条件,我们将此合成体系拓展到CdTe量子点的合成,同样获得了光学性能优异、热稳定性好的CdTe量子点,发射波长为570-720nm,最高荧光量子效率为65％。　　 (2)为了使量子点的荧光发射波长达到近红外区,我们在合成CdSe和CdTe量子点的基础上进一步合成了发射波长位于600-830nm的CdSe1-xTex量子点。合金分析结果表明,在液体石蜡/油酸体系中合成的CdSe1-xTex量子点具有中心富Te,表面富Se的梯度合金结构,近似核/壳结构,因此光学性能优于传统TOPO体系中制备的CdSe1-xTex量子点,荧光量子效率可以达到20-70％。稳定性研究表明,CdSe1-xTex量子点具有良好的热稳定性和抗光漂白性能,并且相同粒径、不同组成和发射波长的CdSe1-xTex量子点在0～60℃对温度的敏感性相同,有利于其在荧光标记中的应用。　　 (3)为了进一步增强CdSe1-xTex量子点的光学性能和稳定性,并提高壳层在CdSe1-xTex量子点表面的包覆效果,我们提出了新型的“一锅法”制备CdSe1-xTex/CdS/ZnS核/壳/壳结构量子点的合成路线,并对壳层的生长机理进行了研究。研究结果表明,当选用TOPS(三辛基膦化硫)作为壳前驱体时,配体TOP有利于S单体的缓慢释放,因此形成的壳层均匀,有利于减小壳层中的缺陷,使产物具有较高的荧光量子效率；而选用无配位S壳前驱体时,壳层生长速度较快,壳层中的缺陷增多,不利于增强产物的光学性能,但是由于形成的壳层厚度较大,有利于增强产物的稳定性。　　 (4)利用溶胀法制备了性能优异的、不同发射波长的量子点荧光微球,其中近红外发光的CdSe1-xTex量子点微球可以在Luminex100液态生物芯片平台上得到识别。将制备的CdSe1-xTex量子点荧光微球初步进行了蛋白质偶联实验,在Luminex100上测得的微球对抗体免疫球蛋白(IgG)的特异性吸附和非特异性吸附结果显示待测抗体更易于通过特异性吸附结合在微球的表面,从而表明我们合成的量子点荧光微球在生物医学领域具有很好的应用前景。

目录

文摘

英文文摘

上海交通大学博士学位论文答辩决议书

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 量子点的简介

1.2.1 量子点的概念

1.2.2 量子点的应用

1.3 油溶性Ⅱ-Ⅵ族量子点的有机法制备研究

1.3.1 Ⅱ-Ⅵ族量子点的有机法合成技术的研究进展

1.3.2 Ⅱ-Ⅵ族量子点的有机法合成机理研究

1.3.3 Ⅱ-Ⅵ族量子点的有机法合成总结与展望

1.4 近红外发光量子点的研究

1.4.1 二元近红外发光量子点

1.4.2 Type-Ⅱ型核/壳结构近红外发光量子点

1.4.3 三元合金近红外发光量子点

1.5 本论文的选题及设计思路

1.6 参考文献

第二章 CdSe及CdTe量子点的制备及性能研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 化学试剂

2.2.2 实验过程

2.3 结果与讨论

2.3.1 CdSe量子点的制备结果与讨论

2.3.2 CdTe量子点的制备结果与讨论

2.4 本章小结

2.5 参考文献

第三章 近红外发光CdSe1-xTex合金量子点的制备及性能研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 化学试剂

3.2.2 实验过程

3.3 结果与讨论

3.3.1 CdSe1-xTex量子点的制备结果

3.3.2 CdSe1-xTex量子点的形貌与晶体结构

3.3.3 CdSe1-xTex量子点的合金机理研究

3.3.4 CdSe1-xTex量子点的荧光寿命

3.3.5 CdSe1-xTex量子点的稳定性分析

3.4 本章小结

3.5 参考文献

第四章 “一锅法”合成CdSe1-xTex/CdS/ZnS核/壳/壳量子点的研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 化学试剂

4.2.2 实验过程

4.3 结果与讨论

4.3.1 “一锅法”合成CdSe1-xTex/CdS/ZnS核/壳/壳量子点的机理

4.3.2 形貌与晶体结构表征

4.3.3 包壳前后光学性能的比较

4.3.4 包壳前后胶体稳定性的比较

4.3.5 包壳前后抗光漂白性能的比较

4.3.6 包壳前后热稳定性的比较

4.4 本章小结

4.5 参考文献

第五章 量子点荧光微球的制备及其在髙通量检测中的应用研究

5.1 引言

5.2 实验部分

5.2.1 化学试剂

5.2.2 实验过程

5.3 结果与讨论

5.3.1 聚苯乙烯微球的表征结果

5.3.2 传统溶胀法制备量子点荧光微球的讨论

5.3.3 改进溶胀法制备量子点荧光微球的结果

5.3.4 蛋白偶联实验结果

5.4 本章小结

5.5 参考文献

第六章 结论

致谢

攻读博士学位期间的研究成果