如何借助荧光光谱表征提升量子点性能？

本文摘要：量子点是一种纳米导体材料，又称人造原子，一般为球形或类球形，直径通常在2-20nm之间。在生物化学、医学诊断、药物筛选、发光材料制备等研究领域，量子点的尺寸效应赋予其半导体特性和光致光性能，包括良好的···

　　量子点是一种纳米导体材料，又称人造原子，一般为球形或类球形，直径通常在2-20nm之间。在生物化学、医学诊断、药物筛选、发光材料制备等研究领域，量子点的尺寸效应赋予其半导体特性和光致光性能，包括良好的荧光特性和光化学稳定性。

　　

　　图1：浙大彭笑刚教授团队研发的量子点发光材料

　　量子点

　　生物成像领域的“实力选手”

　　开篇中我们提到量子点的众多应用，其中*为瞩目的应用，当属在生物学中作为光致发光标记物、对生物细胞的结构或活动进行荧光检测和细胞成像。

　　为什么在生物成像领域，量子点的应用潜力如此突出?

　　这主要是因为我们可以通过调整量子点的组成和尺寸来改变它的发光波长，然后控制它们发出不同颜色的荧光。根据这一特点，量子点可以作为一种新型的探测探针，使单个分子和单个粒子的探测成为可能，并为标记分析带来数量级的变化。

　　不仅如此，与生物成像领域通常使用的有机荧光染料相比，量子点荧光寿命长，成像时不易漂白。与有机荧光染料不同的是，不同颜色的荧光可以通过单波长激发不同尺寸的量子点来发光。

　　

　　图2：荧光染料

　　正是因为量子点的如此多的优点，近年来量子点在生物成像领域的应用成为科研人员关注的重点。

　　荧光光谱

　　发光性能表征的“绝佳武器”

　　研究人员应分析量子点的荧光强度、发光寿命、新量子点的合成等问题，如何将合成量子点应用于临床实践，虽然量子点在生物成像领域有如此大的潜力，但提高量子点的性能并不容易。

　　而且要解决这些问题，一个重要的环节就是量子点的表征，也就是量子点的发光性能的评估。

　　目前，分析量子点的方法有很多，但荧光光谱检测是应用于生物成像领域的量子点*基本的方法。此外，随着荧光光谱分析技术的进步，荧光谱分析技术具有灵敏度高、无破坏性、选择性好等优点，也使荧光谱分析技术成为表征量子点的**，为**性能更高的量子点提供了可能性。

　　接下来，让我们进一步了解如何使用荧光光谱来表示量子点。话不多说，上干货!

　　如何操作?

　　手把手教你进行性能表征

　　01

　　1、样本准备

　　首先将量子点样品原液用PBS稀释100倍后超声5分钟，然后再稀释4倍，总稀释倍数为400倍。接着将准备好的样品加入到1厘米石英比色皿中，进行发光性质检测。

　　

　　图3. 实验流程图

　　02

　　2、A-TEEM™光谱检测

　　使用超快速和超灵敏的CCD技术的Duetta同步吸收-荧光光谱仪来检测A-TEEM的量子点。光谱。将激发光谱的测试范围设置为300-700nm，以覆盖整个可见光范围，并将积分时间设置为0.1秒。光谱信号由CCD阵列探测器采集，3nm的带宽用于激发和发射。

　　采集完成后，软件可以自动校正内部过滤效应，获得荧光光谱结果。通过获得的A-TEEM?在光谱中，我们发现样品的荧光发射峰在655nm处(图4)，发射峰不会随着激发波长的变化而变化。可以看出，与普通有机荧光染料不同，它们需要具有特定波长的激发光源才能发光，其极宽的吸收峰可以在655nm以下的波长范围内激发，这也验证了量子点的应用优势。

　

　　图4 A为量子点的吸收光谱(蓝色)和荧光光谱(红色)，

　　B图为A-TEEM™光谱。可以看出：该量子点样品

　　具备极宽的吸收峰，对激发波光的要求也较低

　　TIP: Duetta同步吸收-荧光光谱仪将荧光光谱仪和吸收光谱仪合二为一，比传统光谱仪增加了同步吸收功能，不仅为我们提供了更多分子信息，同时扩展了浓度检测范围，而且能够获得更准确的组分分析。

　　03

　　3、荧光寿命检测

　　在生物成像时，量子点的荧光寿命长，可使得光激发后样品的自发荧光衰变，而量子点荧光依然存在，从而得到无背景干扰的荧光信号。

　　根据这一特性，研究人员利用HORIBA DeltaPro 荧光光谱仪对样品进行表征，得到了荧光衰减曲线 (图5)。通过寿命拟合曲线*终得到其平均寿命为3.22ns，单个寿命范围为407ps到114ns (图6)。

　　

　　图5 量子点的荧光衰减曲线(红色)

　　和拟合曲线(绿色)及拟合参数

　　

　　图6 平均寿命及寿命范围

　　TIP: DeltaPro 荧光光谱仪配置了新型高频脉冲半导体光源，作为荧光和磷光的激发光源，可以选择合适的长通滤光片减小杂散光的影响，实现25ps~1s范围的寿命测定。

　　以上表征结果表明，我们可以利用吸收光谱，A-TEEM分子指纹图谱以及荧光寿命，来鉴定量子点溶液的吸光度、溶液的均匀性和污染物等的鉴别。

　　*终，这些发光特性检测可以用来分析合成量子点的质量、新量子点组分上的差异，而且可以实时控制合成量子点的品质，从而帮助科研人员**更高发光性能的量子点。

　　可以预见，未来**具有高发光性能的量子点将成为可能，而且它必将作为一种新型荧光染料，推动生物医学成像技术的发展，从而为各种疾病的诊断、治疗和实时监控提供新手段。同时，伴随着不断成熟的量子点技术，量子点产品也应运而生，我们相信，不久，量子点产品及技术也将进一步完成商品化，一个全新的量子点时代即将来临。

公司介绍：

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主营产品：COF、MOF单体系列：三蝶烯衍生物、金刚烷衍生物、四苯甲烷衍生物、peg、上转换、石墨烯、光电材料、点击化学、凝集素、载玻片、蛋白质交联剂、脂质体、蛋白、多肽、氨基酸、糖化学等。