基于Mn掺杂ZnS量子点的室温磷光传感

论文摘要

量子点（Quantum Dots,QDs）在传感器领域的应用引起了国内外学者的广泛关注,成为当前科学研究的一大热点。量子点表面化学或物理性质的微小变化将会改变量子点的光学性质。据此,量子点已广泛应用于各种分析物的检测。虽然量子点的荧光性质在分析化学中的应用已经十分广泛,但是量子点的室温磷光（Room-Temperature Phosphorescence,RTP）性质及其在分析检测中的应用得到的关注仍然较少。当量子点和其它分子形成纳米复合材料时,该纳米复合物会呈现出新的光、电或磁特性。量子点的纳米复合材料是获取材料新特性的一种有效手段,对于改善现有量子点的光学性能以及促进量子点传感器的发展具有十分重要的意义。本论文旨在探索掺杂量子点和其纳米复合材料的RTP性质及其在化学/生物传感中的应用,主要研究内容和创新点如下:（1）基于水溶性L-半胱氨酸包覆的Mn掺杂ZnS量子点的RTP性质,发展了一种简单、快速、经济、灵敏和高选择性的检测生物体液中依诺沙星的方法。该方法能有效避免生物体液的自体荧光和散射光的干扰,并且在检测生物体液中的依诺沙星时不需要加入任何除氧剂和诱导剂。同时,避免了生物体液中的金属离子、生物分子和其它抗生素的干扰。实验测定依诺沙星的线性范围为0.2～7.2μM,检出限（3σ）为58.6 nM,对不含依诺沙星和含0.4μM依诺沙星体系的磷光强度差值连续11次平行测定的相对标准偏差为1.8%。在尿样和血清样品中加标依诺沙星的回收率为94%～104%。将基于Mn掺杂ZnS量子点的室温磷光法用于测定依诺沙星在人体中的代谢曲线,得到的结果和通过其它方法研究的依诺沙星代谢曲线的结果基本一致。研究结果表明掺杂量子点的RTP性质将会促进量子点传感器的进一步发展。（2）基于Mn掺杂ZnS量子点和甲基紫（Methyl Viologen,MV）的光诱导电子转移（Photoinduced Electron Transfer,PIET）效应,建立了一种灵敏的定量检测生物体液中DNA的新方法。该方法有效的利用了量子点自身的物理和光学特性,当MV吸附到Mn掺杂ZnS量子点表面时,通过PIET过程,储存了Mn掺杂ZnS量子点的磷光。当DNA加入体系后,DNA和MV结合,MV从Mn掺杂ZnS量子点表面脱附,引起Mn掺杂ZnS量子点的RTP的增强。该方法检测DNA的检出限（3σ）为33.6μg L-1,线性范围在0.08～12mg L-1,对不含DNA体系的磷光强度连续11次平行测定的相对标准偏差为3.7%。由于该方法是基于量子点磷光性质的检测,所以有效的消除了来自样品自体荧光和散射光的干扰。同时,这种方法能够灵敏、快速的检测生物体液中的DNA,避免了化学修饰和固定化的过程。（3）利用静电自组装构建了Mn掺杂Zn量子点/八（γ-氨丙基）倍半硅氧烷（Mn掺杂ZnS QDs/OA-POSS）纳米复合材料,并发展了基于此纳米复合材料的定量检测生物体液中DNA的新方法。带八个氨基的OA-POSS作为立方结构的交联剂通过静电作用将MPA包覆的Mn掺杂ZnS量子点聚集起来,所形成的Mn掺杂ZnS QDs/OA-POSS纳米复合物的RTP强度是Mn掺杂ZnS量子点的RTP强度的7.5倍。带负电荷的DNA能够与带负电荷的3-巯基丙酸（MPA）包覆的Mn掺杂ZnS量子点产生竞争作用,形成了更稳定的DNA/OA-POSS复合物,导致OA-POSS和量子点分开,引起Mn掺杂ZnS量子点/OA-POSS纳米复合物的RTP强度随着DNA浓度的增高而下降。据此,我们建立了定量测定DNA的新方法。该方法的检出限（3σ）为54.9nM,其检出限低于其它纳米粒子非特异性定量测定DNA的方法,但高于序列特异性测定DNA的方法。若能将合适的官能团修饰在Mn掺杂ZnS量子点或POSS上,该方法可拓展用于检测其它的分析物。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 量子点概述
• 1.1.1 量子尺寸效应
• 1.1.2 表面效应
• 1.1.3 宏观量子隧道效应
• 1.1.4 量子点的光学特性
• 1.2 掺杂纳米粒子简介
• 1.2.1 掺杂的优势
• 1.2.2 合成和表征
• 1.2.3 理论模型
• 1.3 量子点光致发光传感器
• 1.3.1 荧光传感器
• 1.3.2 荧光共振能量转移传感器
• 1.3.3 磷光传感器
• 1.3.4 流通型传感器
• 1.4 本论文的立题思想
• 参考文献
• 第二章 基于Mn掺杂ZnS量子点的室温磷光法检测生物体液中的依诺沙星
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 仪器
• 2.2.2 试剂
• 2.2.3 Mn掺杂ZnS量子点的合成
• 2.2.4 室温磷光检测
• 2.2.5 尿样和血清样的制备
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 Mn掺杂ZnS量子点合成的条件优化
• 2.3.2 Mn掺杂ZnS量子点的结构表征
• 2.3.3 Mn掺杂ZnS量子点的磷光性质
• 2.3.4 依诺沙星的测定
• 2.3.5 干扰离子的影响
• 2.3.6 机理的探讨
• 2.3.7 生物体液中依诺沙星的测定
• 2.3.8 依诺沙星人体代谢曲线的测定
• 2.4 结论
• 参考文献
• 第三章 基于Mn掺杂ZnS量子点/甲基紫纳米复合材料的DNA室温磷光传感
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 仪器
• 3.2.2 试剂
• 3.2.3 Mn掺杂ZnS量子点的合成
• 3.2.4 室温磷光检测
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 Mn掺杂ZnS量子点的表征
• 3.3.2 Mn掺杂ZnS量子点/MV纳米复合物的构建
• 3.3.3 Mn掺杂ZnS量子点/MV纳米复合物磷光测定DNA
• 3.3.4 实验条件的优化
• 3.3.5 干扰
• 3.3.6 工作曲线
• 3.3.7 实际样品
• 3.4 结论
• 参考文献
• 第四章 基于Mn掺杂ZnS量子点与八（γ-氨丙基）倍半硅氧烷静电自组装的室温磷光信号放大及其在DNA检测中的潜在应用
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 仪器
• 4.2.2 试剂
• 4.2.3 Mn掺杂ZnS量子点和OA-POSS的合成
• 4.2.4 测定方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 Mn掺杂ZnS量子点与OA-POSS纳米复合物的形成
• 4.3.2 影响Mn掺杂ZnS QDs/OA-POSS纳米复合物稳定性的因素
• 4.3.3 Mn掺杂ZnS QDs/OA-POSS纳米复合物作为DNA的RTP探针
• 4.3.4 DNA和OA-POSS的作用机理
• 4.3.5 Mn掺杂ZnS QDs/OA-POSS纳米复合物RTP探针的分析特性
• 4.3.6 Mn掺杂ZnS QDs/OA-POSS纳米复合物RTP探针的选择性
• 4.3.7 样品分析
• 4.4 结论
• 参考文献
• 个人简历以及科研成果
• 致谢