水溶性CdTe量子点的光稳定性研究及其应用

论文摘要

随着生物医学研究和显微镜技术的发展,对新一代荧光探针的研究展现出越来越多的必要性和发展潜力。水溶性半导体荧光量子点由于其良好的光学特性,如高量子效率、尺寸可调的荧光发射波长、宽带吸收与窄带荧光、光稳定性良好、双光子吸收截面大等,被认为是非常重要的一种荧光标记材料,并且广泛地应用于细胞标记技术、蛋白示踪、DNA阵列检测技术、免疫荧光标记方法、生物活体及组织检测等方向的研究。本文围绕硫醇包裹水溶性的碲化镉量子点在活体细胞内的光稳定性行为展开,研究了CdTe量子点在细胞内的光稳定性影响因素,逐步确定了量子点光淬灭过程的步骤和机理,并基于光淬灭机理发展出量子点结合肽箐用于光动力治疗以及用表面处理的方法增加量子点光稳定性两方面的应用。主要有以下四个方面的结果:1.在细胞内,量子点远比叶绿素和FITC,但相对浓度较低时和绿荧光蛋白相近。发现量子点在细胞内不同浓度的区域,其光稳定性也不同,即浓度效应。并进一步从溶液和细胞两方面确定了氧气在载光淬灭中的作用。2.通过实验研究了量子点在水溶液中光淬灭过程的机理。拉曼光谱证明光照后量子点表面Cd-S键脱离,动态散射实验确定了光照后量子点聚集,叠氮纳影响荧光淬灭时间确定单态氧参与的光氧化过程,从而最终确认了量子点光淬灭的全过程。3.由直接和间接两种方法确定了量子点单态氧量子产额为1%。将量子点与肽箐结合,使量子点复合物的单态氧量子产额增加到15%,同时保留量子点光学性质,使之能够用于光动力治疗。4.通过表面处理的方法,增加了CdTe量子点的量子产额以及光稳定性。通过单量子点的研究,证实表面处理的方法能使量子点的光稳定增加3倍左右。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 共焦荧光显微镜
• 1.1.1 荧光原理
• 1.1.2 荧光显微镜
• 1.1.3 激光扫描共焦荧光显微镜
• 1.1.4 微分干涉差显微镜
• 1.2 共焦显微镜中荧光探针的选择
• 1.3 半导体荧光量子点概述
• 1.3.1 荧光量子点的基本特性
• 1.3.2 量子点的制备
• 1.3.3 荧光量子点光学特性
• 1.4 荧光量子点的在生物医学中应用
• 1.4.1 量子点与生物分子的偶联
• 1.4.2 量子点标记细胞
• 1.4.3 量子点标记活体组织
• 1.4.4 量子点荧光共振能量转移技术
• 1.5 本文结构与内容
• 参考文献
• 第二章 实验方法
• 2.1 CdTe半导体量子点的制备
• 2.2 细胞培养
• 2.3 荧光显微镜操作模式
• 参考文献
• 第三章 量子点在生物应用中的光稳定性问题
• 3.1 引言
• 3.2 实验
• 3.2.1 量子点的制备
• 3.2.2 细胞培养及样品制备
• 3.2.3 显微镜荧光图像测量及点扫描
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 量子点与其它荧光探针光稳定性比较
• 3.3.2 光强效应和浓度效应
• 3.3.3 氧气效应
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 量子点淬灭的机理研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验
• 4.2.1 量子点的制备及试剂
• 4.2.2 荧光淬灭曲线测量
• 4.2.3 拉曼光谱
• 4.2.4 动态光散射测量
• 4.2.5 荧光寿命测量
• 4.2.6 细胞培养及荧光图像
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 水溶液量子点光淬灭过程
• 4.3.2 溶液中的量子点光氧化反应
• 4.3.3 细胞内量子点光氧化反应
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 第五章 量子点应用于光动力治疗的研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验
• 5.2.1 量子点、肽菁以及量子点-肽菁复合物的制备
• 5.2.2 近红外探测单线态氧（直接测量）
• 5.2.3 单态氧间接测量
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 量子点单态氧产率定量测量
• 5.3.2 量子点结合肽菁应用于光动力疗法
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 第六章 通过表面处理增加量子点光稳定性的研究
• 6.1 引言
• 6.2 实验
• 6.2.1 量子点的制备及表面处理
• 6.2.2 细胞培养及荧光图像
• 6.2.3 量子点淬灭曲线
• 6.2.4 单分子量子点的光淬灭
• 6.2.5 XPS实验
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 表面处理后量子点的化学表征及光学性质
• 6.3.2 单分子方法验证表面处理量子点光稳定性
• 6.3.3 细胞中验证处理后量子点光稳定性
• 6.4 本章小结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士期间发表的文章