新型核壳量子点的制备及在生物传感器中的应用研究

新型核壳量子点的制备及在生物传感器中的应用研究

论文摘要

量子点(Quantum Dots, QDs)是一种由少量原子所组成的准零维半导体纳米晶体。量子点的三个维度尺寸都在100nm以下,导带电子、价带空穴及激子在三维空间的运动被束缚,因此衍生出独特的物理化学性质而备受关注。制备高性能量子点及拓展其应用领域具有重要的学术意义和应用价值。因此,我们工作集中于高性能核壳型量子点的制备,量子点与其他纳米材料协同效应的研究和量子点在化学及生物传感器的应用。硫代乙酰胺为硫源,谷胱甘肽为稳定剂,核壳比1:1的最佳条件下,以CdTe量子点为核,再包覆宽隙带且晶格匹配的CdS壳层,制备水溶性高性能CdTe/CdS核壳型量子点。与单核CdTe量子点相比,谷胱甘肽修饰的CdTe/CdS量子点其荧光的强度和稳定性分别提高6倍和2倍以上。为了深入验证CdTe/CdS量子点性能,采用量子点荧光免疫检测呕吐毒素。首次通过监测量子点-抗体偶联复合物与呕吐毒素免疫反应前后荧光强度变化值测定抗体稳定性,结果显示抗体至少可以稳定7天。呕吐毒素浓度在0到0.9 ng mL-1之间与相对荧光强度呈线性关系,检出限是0.038 ng mL-1,相关系数(R2)为0.9992。量子点优异光电性能决定其巨大应用潜能。量子点与其他新兴高传导性质材料如石墨烯-金纳米复合材料结合,不仅拓展量子点应用新领域,亦能弥补新材料的缺陷如亲生物性。实验中我们将石墨烯-金纳米复合材料、CdTe-CdS核壳型量子点和纳米金依次修饰于金电极制备过氧化氢化学传感器,研究三种材料的协同效应,并提出该协同效应的机理:CdTe-CdS量子点的空穴-电子对结构决定其是独特电子接受-供体对,空穴趋向于吸引AuNPs处的电子,此时量子点作为电子接受体接收电子;当受到G-AuNPs的π-π不饱和结构的吸引,量子点会把空穴处的电子推给G-AuNPs复合材料,作为电子供体。在电子传递中,受到吸引力和推力作用,电子传递速率加快,灵敏度提高。在化学传感器基础上,将石墨烯-金纳米复合材料、CdTe-CdS核壳型量子点和纳米金依集于同一传感器,制备超灵敏的葡萄糖酶生物传感器。由于存在协同效应,传感器展现超高灵敏度( 5762.8 nA nM?1 cm?2 ),很低检出限( S/N = 3 ) (3×10?12 M),快速电子响应时间( 0.045 s ),很宽的线性范围( 1×10?11 M到1×10?8 mol L-1)以及长期的稳定性(26周)。该酶传感器的优异性能完全能满足无创血糖测定的需求。以简便易得的唾液为检测样本,用该酶传感器测定唾液样本的葡萄糖浓度,实现无创血糖检测,实验结果令人满意。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 目录
  • 符号说明
  • 第一章 绪论
  • 1.1 引言
  • 1.2 量子点的定义
  • 1.3 量子点的基本特性
  • 1.3.1 量子尺寸效应
  • 1.3.2 表面效应
  • 1.3.3 介电限域效应
  • 1.3.4 独特的光学性质
  • 1.4 量子点的制备
  • 1.4.1 有机溶剂相制备
  • 1.4.2 水机相制备
  • 1.5 量子点的应用
  • 1.5.1 荧光离子探针
  • 1.5.2 生物标记
  • 1.6 本课题的选题依据
  • 1.6.1 存在的问题
  • 1.6.2 课题意义
  • 1.7 开展的主要工作
  • 第二章 高性能CdTe/CdS 核壳量子点的制备及光学性质
  • 2.1 实验部分
  • 2.1.1 试剂及仪器
  • 2.1.2 CdTe 量子点的制备
  • 2.1.3 CdTe/CdS 量子点的制备
  • 2.1.4 CdTe/CdS 量子点-抗体的共价偶联
  • 2.1.5 呕吐毒素的免疫及荧光检测
  • 2.2 结果与讨论
  • 2.2.1 CdTe 量子点优化条件
  • 2.2.2 CdTe/CdS 量子点制备条件选择与优化
  • 2.2.3 CdTe/CdS 核壳型量子点形貌分析
  • 2.2.4 CdTe/CdS 核壳型量子点光性质
  • 2.2.5 CdTe/CdS 核壳型量子点荧光免疫应用
  • 2.3 本章小结
  • 第三章 量子点与石墨烯复合材料、纳米金的协同效应研究
  • 3.1 实验部分
  • 3.1.1 试剂和仪器
  • 3.1.2 G-AuNPs 的制备
  • 3.1.3 纳米金溶胶的制备
  • 3.1.4 修饰电极的制备
  • 3.1.5 电化学测试
  • 3.2 结果与讨论
  • 3.2.1 修饰材料形貌及纳米结构分析
  • 3.2.2 传感器的电化学特性
  • 3.2.3 不同修饰材料的影响
  • 3.2.4 传感器的分析特性
  • 3.2.5 电极的重现性和稳定性
  • 3.2.6 牛奶中过氧化氢的测定
  • 3.3 本章小结
  • 第四章 基于量子点超灵敏葡萄糖酶生物传感器的构建及应用
  • 4.1 实验部分
  • 4.1.1 主要试剂
  • 4.1.2 主要仪器
  • 4.1.3 电极制备
  • 4.1.4 电化学测试
  • 4.2 结果与讨论
  • 4.2.1 酶传感器修饰过程表征
  • 4.2.2 传感器界面行为考察
  • 4.2.3 传感器修饰层电子渗漏考察
  • 4.2.4 酶传感器的响应机理
  • 4.2.5 实验条件优化
  • 4.2.6 酶传感器的分析特性
  • 4.2.7 真实样品测定
  • 4.4 本章小结
  • 全文总结论
  • 致谢
  • 参考文献
  • 附录:在攻读硕士学位发表的文章
  • 相关论文文献

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