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评述与进展 半导体纳米晶体的光致发光特性 及在生物材料荧光标记中的应用 孙宝全1 　徐咏蓝2 　衣光舜1 　陈德朴 3 1 1 (清华大学化学系 ,北京 100084) 　　2 (石油大学化工学院环境中心 ,北京 102200) 摘 　要 　介绍了半导体纳米晶体 (亦称量子点)的结构特征和光致发光特点 ,并与有机荧光染料分子的光致发 光性质作了对比。结合本实验室所做的工作 ,对半导体纳米晶体用于生物材料的连接、标记和检测作了综述。 关键词 　半导体纳米晶体 ,荧光 ,生物材料 ,标记 ,评述 　2001208222 收稿 ;2002202211 接受 本文系国家自然科学基金资助课题 (No. 39989001) 1 　引　　言 随着纳米科学技术的飞速发展 ,半导体纳米晶体由于其独特的物理和化学特性 ,尤其是在光学和生 物学方面 ,正日益显示出巨大的学术价值和良好商业前景 1 。国际上许多高水平的期刊如 Science 和 Nature 杂志已多次报道了有关半导体纳米晶体的合成方法、物理化学特征和其在生物医学和光电子领 域等方面的应用2 ～8 。目前在北美已成立了开发半导体纳米晶体生物标记荧光探针的公司 ,并 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 于 2001 年秋季推出商标为 QDOTTM产品9 。 2 　半导体纳米晶体的结构和特征 半导体纳米晶体是由数目极少的原子或分子组成的原子或原子团簇。目前文献中报道的主要涉及 的是主族 Ⅱ～ Ⅵ如 CdSe、Ⅲ～ Ⅴ如 InP、InAs 和 GaAs 副族化合物以及 Si 等元素 ,特别是 Ⅱ～ Ⅵ和 Ⅲ～ Ⅴ 副族化合物尤其引起人们的关注。由于光谱禁阻的影响 ,当这些半导体纳米晶体的直径小于其玻尔直 径 (一般小于 10nm)时 ,这些小的半导体纳米晶体就会表现出特殊的物理和化学性质 10 ,如 Si 纳米晶体 和多孔 Si 可发光 11 ,晶体的大小会影响晶体的晶相结构和熔点 12 。半导体纳米晶体的结构导致了它 具有尺寸量子效应和介电限域效应并由此派生出半导体纳米晶体独特的发光特性。半导体的光致发光 原理如图 1 所示。当一束光照射到半导体上时 ,半导体吸收光子后价带上的电子跃迁到导带 ,导带上的 电子可以再跃迁回到价带 ,放出光子 ;也可以落入半导体中的电子陷阱。当电子落入较深的电子陷阱 后 ,绝大部分以非辐射的形式而淬灭了 ,只有极少数的电子以光子的形式跃迁回价带或非辐射的形式回 到导带。所以 ,当半导体中的电子陷阱较深时 ,量子产率就会较低。 2. 1 　尺寸量子效应 半导体纳米晶体是尺寸小于 100 nm 的超微粒。在纳米尺度范围内 ,半导体纳米晶体随着其粒径的 减小 ,会呈现量子化效应 ,显示出与块体不同的光学和电学性质。块状半导体的能级为连续的能级 ,如 图 1 所示。当颗粒减小时 ,半导体的载流子被限制在一个小尺寸的势阱中 ,在此条件下 ,导带和价带过 渡为分立的能级 (图 1) ,因而使得半导体有效能级差增大 ,吸收光谱阈值向短波方向移动 ,这种效应就 称为尺寸量子效应。任何一种材料 ,都存在一个临界晶体大小限制 ,小于该尺寸的晶体的光学和电学性 质产生巨大变化。与金属导体、绝缘体和范德华晶体相比 ,半导体纳米晶体带宽较大 ,受量子尺寸效应 的影响非常明显 ,当颗粒在纳米级时显示出特殊的光学特征 13 ,14 。 第 30 卷 2002 年 9 月 　　　　　　 　　　　 分析化学 (FENXI HUAXUE) 　评述与进展 Chinese Journal of Analytical Chemistry 　　　　　　　　 　　 第 9 期 1130～1136 图 1 　块状半导体和半导体纳米晶体的光致发光原理图 Fig. 1 　Energy transition diagrams of bulk semiconductor (left) and nanocrystals (right) 图中实线表示辐射跃迁 ,虚线代表非辐射跃迁 (all radioactive pathways are shown in solid lines , and all non2 radioactive ones are shown in dashed arrows) 。 2. 2 　介电限域效应 随着粒径的不断减小 ,比表面积不断增加 ,颗粒表面的原子数目与处于粒子内部的原子数目的比值 增加 ,颗粒的性质受到表面状态的影响。与块状半导体相比 ,在半导体颗粒的表面存在更多电子陷阱 , 电子陷阱对半导体的光致发光特性起着关键的作用。半导体超微粒表面上修饰某种介电常数较小的材 料后 ,它们的光学性质与裸露的超微粒相比 ,发生了较大变化 ,此种效应称为介电限域效应。当介电限 域效应所引起的能量变化大于由于尺寸量子效应所引起的变化时 ,超微粒的能级差将减小 ,反映到吸收 光谱上就表现为明显的红移现象 15 。半导体纳米晶体的表面一般连接有长链的烷基氧化膦 (如 TOPO) 或烷基膦 (如 TOP) ,介电常数小 ,使得吸收光谱向长波长移动。将半导体纳米晶体的表面包上一层能级 差更大的壳层 ,由于介电限域效应也会使得吸收光谱红移。 3 　半导体纳米晶体的发光特性 由于尺寸量子效应和介电限域效应的影响 ,使得半导体纳米晶体显示出独特的荧光特性。半导体 纳米晶体的发光特性具有以下特点 :半导体纳米晶体的激发波长的范围较宽 ,发射波长的范围较窄 , 斯 托克斯位移大。半导体纳米晶体具有很高的量子产率 ,核壳结构 (如在 CdSe 纳米颗粒表面在包上一层 InP层)的半导体纳米晶体的量子产率一般都在 30 %以上 ,Peng 等人 16 报道了 CdSeΠCdS 纳米晶体室温 下的量子产率可以达到 100 %。同一种组分的纳米材料 ,纳米晶体的粒径不同时 ,可以发出不同光 17 (如图 2) 。用同一波长的光照射不同直径的 ZnSΠCdSe 纳米晶体即可获得从蓝色到红色几乎所有可见波 长的光 18 。在有机荧光标记试剂中 ,很难得到发射波长达 800 nm 以上的化合物 ,纳米晶体 InP、InAs 可 以获得 700～1500 nm 多种发射波长的材料 ,可填补普通荧光分子在近红外光谱范围内品种少的不 足 19 ,20 。半导体纳米晶体的发光寿命可达 ms 级 ,并且不易被光漂白。 半导体纳米晶体的形状除球形外 ,还有箭头状、泪滴状、棒状等多种形状。Peng 等 5 ,21 首次报道了 Ⅱ～ Ⅵ族半导体纳米棒 CdSe ,与球形半导体纳米晶体相比 ,前者的斯托克斯位移比后者大得多 ,同时 , 在聚乙烯2丁烯上整齐排列的纳米棒在沿长轴方向上出现极化发射现象 ,这将对纳米棒用于生物材料标 记时确定标记材料的取向很有帮助。 本实验室合成了 ZnSΠCdSe 半导体纳米颗粒 ,其荧光光谱如图 3 所示。通过将 CdSe 纳米晶体的表面 包覆一层带隙更大的 ZnS ,使其荧光量子产率大幅度提高 ,可达到 50 % ,光学稳定性增加 ,与 CdSe 的光 谱相比 ,包覆 ZnS的纳米粒子的光谱发生红移。我们通过改变不同的晶体大小 ,得到了不同发射波长的 1311第 9 期 孙宝全等 :半导体纳米晶体的光致发光特性及在生物材料荧光标记中的应用 　　 　图 2 　量子限制效应示意图 　Fig. 2 　Quantum confinement effect 半导体纳米颗粒22 。 4 　半导体纳米晶体在生物材料荧光标 记中的应用 　　生物材料的标记技术是影响临床检测灵敏度的 关键技术 23 。目前 ,用于生物材料标记的主要是有 机荧光染料。如对基因芯片和蛋白芯片的生物材料 进行荧光标记的物质主要是花菁染料如 Cy3TM ,Cy5TM 等。这类荧光材料与大多数有机荧光染料料一样 , 量子产率较低 ,对检测系统光学部分要求比较严 格 24 。较窄的激发波长范围对选择激发光源要求苛 刻 ,发射波长范围较宽且常在长波长区域拖尾会在 不同的检测通道之间带来光谱的相互干扰 ;激发波 长和发射波长较大程度的重叠 ,在检测发射光时会 受激发光的影响 ,给检测带来了困难。 4. 1 　半导体纳米晶体与有机荧光染料的性质比较 与有机荧光染料相比 ,半导体纳米晶体比较稳 图 3 　两种不同直径的半导体纳米晶体 ZnSΠCdSe 的荧 光光谱图 Fig. 3 　 The fluorescence spectra of two kinds of semiconductor nanocrystals with different sizes a. 2. 7 nm , b. 4. 4 nm。 定 ,荧光光谱几乎不受周围环境如溶剂、pH 值、温度 等的影响 ,通过精确控制晶体表面包覆的组分 ,可使 其稳定分散于大多数溶剂 ,如对其表面进行亲水化 处理后可均匀分散于水中。使用与有机荧光分子类 似方法可以特异性地用于标记生物材料如细胞、蛋 白质和核酸 ,并具有更好的荧光特性 ,参见表 1。半 导体纳米晶体的发光寿命比普通荧光标记染料的寿 命长 1～2 个数量级 ,可采取时间分辨技术来检测信 号 ,这样可大幅度降低背景的强度 ,获得较高的信噪 比。半导体纳米晶体在生物材料荧光标记领域中的 主要优点是可以使用同一激发光源同时进行多通道 的检测 25 。例如 ,细胞学家根据细胞结合不同的抗 体对细胞进行分类 ,分子生物学家需要同时对成千 上万个 DNA 寡核苷酸进行检测 ,临床诊断需要对不 同的抗体或抗原同时进行检测 ,单通道的荧光标记 探针只能对同一样品进行反复多次检测 ,费时、费 力、费试剂 ,有时候甚至是不可能的。虽然可找到具有不同发射波长的有机荧光探针分子 ,但同时具有 相同激发波长和不同发射波长的有机荧光探针却不多。每种染料分子都需要自己相应的激发光源。半 表 1 　半导体纳米晶体 (ZnSΠCdSe)与荧光染料 (FITC , R6G)的荧光特性的比较a Table 1 　Comparison of fluorescence spectral properties of semiconductor nanocrystals (ZnSΠCdSe) and Commonly Used Fluorescent Dye (FITC , R6G) 荧光物质 Fluorophoresb 量子产率 QYb 半高度宽 FWHMb , nm 吸收波长 λA b , nm 发射波长 λEb , nm 光漂白时间 t1Π2 , s 摩尔吸光系数Mole absorptioncoefficient ,ε L·mol - 1·cm - 1 半导体纳米晶体 (SNb) ZnSΠCdSep 0. 5～0. 85 12 300～620 480～630 960 ～108 异硫氰基荧光素 (FITCb) 0. 3～0. 85 Π 492 516～525 Π 72 000 罗丹明 6G (R6Gb) Π 35 525 555 10 Π 　a. 引自文献 2 ,3 ,24 (from references 2 ,3 ,24) ; b. SN : semiconductor nanocrystals ; FITC: fluoresein252isothiocyanate ; R6G: rhodamine 6G; QY: quantum yield ; FWHM: full width at half maximum ;λA :absorption wavelength ;λE : emission wavelength ; t1Π2 : time constant against photobleaching 2311　　 分 析 化 学 第 30 卷 导体纳米晶体组成和粒径大小不同时可发出不同波长的光 ,发射光谱峰半宽比普通荧光染料窄 ,且峰形 对称 ,这样 ,在一个可检测到的光谱范围内可同时使用多个探针。两种核2壳结构的半导体纳米晶体 ,一 种发出绿色荧光 ,另一种发出红色荧光 ,用于生物材料标记后用一个激发光源成功进行双通道检测 ,更 多的有关多通道检测的工作正在进行中26 。 半导体纳米晶体的发射光谱覆盖从紫外到红外区域 ,而很少荧光染料的发射波长能在 800 nm 以 上。对于一些不利于在紫外或可见区域进行检测的生物材料 ,可利用半导体纳米晶体标记在红外区域 进行检测 ,完全避免紫外光对生物材料的伤害 ,特别有利于活体生物材料的检测 ,同时 ,将大幅度降低荧 光背景对检测信号的干扰。 用发光半导体纳米晶体补充或部分取代有机荧光标记材料 ,将开创超灵敏度、高稳定性以及长发光 寿命的生物检测技术。近年来 ,有报道可大量制备大小分布较为均匀的半导体纳米晶体的方法。另外 , 纳米晶体性能稳定 ,易于储存和运输 ,很适合商品化。 4. 2 　半导体纳米晶体与生物材料的标记方法 有机相中合成的半导体纳米晶体表面多包覆了三正辛基氧化膦和三正辛基膦混合物27 ,为了能与 DNA 或蛋白质等生物材料相连 ,必须使半导体纳米晶体的表面连接上适当的亲水性的官能团再与生物 材料相连。目前主要采用两种方法实现纳米晶体表面的功能化。 其一 ,利用纳米晶体表面的元素如 Zn、Cd 等与巯基之间强的络合作用力 ,使半导体纳米晶体与巯基 酸络合带上羧基 ,巯基酸可以是巯基乙酸、巯基丁二酸、6 ,82二巯基辛酸等 ,如图 4 所示。Nie 等3 利用 巯基与金属锌离子之间的配位作用完成纳米晶体表面与巯基乙酸间的连接 ,使半导体纳米晶体带上羧 基后改善了半导体纳米晶体的亲水性 ,同时 ,羧基可以与带有胺基的生物分子进行连接。Mitchell 等 28 将半导体纳米晶体的表面先与巯基丙酸连接 ,再与 42(二甲基氨基)2吡啶络合 ,半导体纳米晶体的亲水 性大幅度增加。亦可以用含多个巯基的分子对半导体纳米晶体的表面进行修饰。如用 6 ,82二巯基辛酸 对 ZnSΠCdSe 表面进行处理时 ,由于含有两个巯基 ,可使 6 ,82二巯基辛酸与半导体纳米晶体表面的结合 作用更强 ,同时 6 ,82二巯基辛酸的分子较长 ,为半导体纳米晶体与生物材料的连接提供了较长的连接 臂 ,使二者偶联更容易 ,且不破坏标记生物材料的活性29 。亦可以用含多个羧基的分子对半导体纳米 晶体的表面进行修饰。如本实验室采用巯基丁二酸修饰半导体纳米晶体 ,由于巯基丁二酸含有两个羧 基 ,具有更强的亲水性 ,使的表面修饰后的半导体纳米晶体可完全溶于水 30 。 图 4 　半导体纳米晶体与生物分子连接的示意图 Fig. 4 　Scheme of semiconductor nanocrytals conjugating with the biological molecular 在图中 ,半导体纳米晶体是核 ( CdSe)Π壳 ( ZnS) 结构 ,表面吸附三正辛基膦 ( PO (Oct) 3 ) (in the figure , the semiconductor nanocrystal is the coreΠshell structure whose surface absorbs trioctanal phosphine) 。NH22R :生物分子 (biological molecale) , 其中 R 可以是细胞 (in which R may be cell) 、生物素 (biotin) 、亲和素 (avidin) 、免疫球蛋 白 ( IgG) 、DNA 和 RNA 等生物分子 ( etc. ) 。EDC: 12ethyl23 3 2dimethylaminopropyl carbodiimide hydrochloride , NHS(N2hydroxysuccinimide) :它们都是胺基和羧基反应形成酰胺的优良的缩合剂 ( they are all the good catalyzers of the condensation reactions between amino and carboxyl for the formation of amides) 。 　　其二 ,将半导体纳米晶体的表面包覆一层亲水层的无机物 ,然后在表面修饰可与生物材料连接的官 3311第 9 期 孙宝全等 :半导体纳米晶体的光致发光特性及在生物材料荧光标记中的应用 　　 能团。Alivisatos 等 2 将半导体纳米晶体的表面包上一层 SiO2 后并用碱处理使半导体纳米晶体的表面带 上羟基 ,使半导体纳米晶体具有较好的水溶性 ;然后用硅烷化试剂 32氨基丙基三乙氧基硅烷处理半导体 纳米晶体 ,使其表面连接上氨基后再与生物素连接。利用生物素与链亲和素之间的特异性相互作用 ,生 物素标记的半导体纳米晶体特异性连接到链亲和素标记的鼠 3T3 肌动细丝蛋白上。 对半导体纳米晶体表面不包覆直接进行修饰 ,方法相对比较简单 ,容易操作。而对半导体纳米晶体 表面包覆一层物质 ,发光强度往往会下降 ,并且操作的难度较大。 4. 3 　半导体纳米晶体标记蛋白质 利用表面修饰后的半导体纳米晶体与生物材料之间的静电吸引作用可以实现对生物材料大肠杆菌 麦芽糖结合蛋白的荧光标记 - 并可用作激光扫描成像、免疫分析的荧光探针 ,是一种有效荧光示踪工 具 29 。半导体纳米晶体与运铁蛋白通过酰胺键连接后 ,后者仍能保持其生物活性 ,可以通过 HeLa 细胞 的细胞膜特异性地被细胞内的受体所识别。与人的免疫球蛋白抗原相连后 ,标记抗原可保持其生物特 性并可特异性地识别多克隆抗体 3 。张春阳等 31 ,32 将半导体纳米晶体应用于标记天花粉蛋白 , 用双光 子激发扫描荧光显微镜观察了半导体纳米晶体标记的天花粉蛋白在人绒癌细胞内的分布 ,验证了天花 粉蛋白能以受体介导的内吞方式进入人绒癌细胞的机理。Lacoste 等33 将分别发出 540、575、588 和 620 nm 的 4 种不同波长的半导体纳米晶体作为多色彩样品扫描共聚焦显微镜的生物材料荧光探针 ,用来观 察被疟疾感染后的红细胞膜中的疟疾寄生虫蛋白 ,并与常用的能量转换染料荧光球 (直径 40 nm) 进行 对比。由于用一个激发光源 ,各光路之间的相互干扰可完全消除。在同样的激发条件下 ,前者比后者更 亮 ,荧光寿命更长 ,尽管后者每个小球中包含成百个染料分子 ,但是 ,经过仅几分钟的连续照射 ,会观察 到明显的光漂白现象。 本实验室将半导体纳米晶体用作高通量蛋白芯片的荧光标记物 ,与有机荧光标记化合物 Cy3TM和 Cy5TM作了比较。半导体纳米晶体表面经过巯基琥珀酸处理与抗体连接 ,可特异性地识别吸附在玻璃片 上的抗原 ,对抗原或抗体进行定性和半定量分析。在一块蛋白芯片 (75 ×25 mm) 上 ,用半导体纳米晶体 可以同时进行两种抗体或抗原的检测 30 。 4. 4 　半导体纳米晶体标记 DNA分子 修饰半导体纳米晶体与 DNA 分子连接比修饰金纳米颗粒与 DNA 分子连接困难得多 ,由于柠檬酸 - 金颗粒之间的相互作用比较弱 ,巯基化的 DNA 分子可以很容易地取代金颗粒表面的柠檬酸使其固定 到金颗粒的表面。DNA 是带有多个负电荷的亲水大分子 ,而合成的半导体纳米晶体是亲油性的 ,半导 体纳米晶体与 DNA 分子间的静电作用使得两者不可能连接。利用半导体晶体表面的原子如 Zn 原子可 与巯基具有很强的络合作用 ,可以将 DNA 修饰上巯基再与纳米晶体进行连接。Mitchell 等28 将半导体 纳米晶体表面修饰上巯基丙酸 ,然后用末端带有巯基的 DNA 分子部分取代巯基丙酸 ,这样使 DNA 就可 以连接到半导体纳米晶体的表面。半导体纳米晶体修饰的 DNA 分子 ,可作为寡核苷酸的荧光探针 ,特 异性地与其互补配对的寡核苷酸杂交。标记半导体纳米晶体的 DNA 分子与其互补配对的 DNA 配对后 纳米晶体的荧光光谱会发生变化 ,半导体纳米晶体排列方式的改变是导致它们荧光变化的原因。有些 半导体纳米晶体的荧光特性对环境的变化很敏感 ,Mahtab 等34 利用半导体纳米晶体的这一特性来判定 DNA 链是直的、弯曲的还是扭绞在一起的。随着 DNA 分子非线性程度的增加 ,半导体纳米晶体的荧光 强度将不断减小。这样 ,通过半导体纳米晶体荧光强度的变化可判定同属 DNA 与蛋白之间的作用。 Han 等 35 把可以发出不同光的半导体纳米晶体封装在一个聚合物微球中 ,这样 ,每个球中的荧光种类可 以不同 ,各种大小的半导体纳米晶体之间的数量比例也可以不同。用 10 种强度和 6 种颜色的纳米晶体 理论上可以提供 10 万种不同的微球 ,可为每种生物分子提供唯一的荧光信息。把 DNA 序列连接到微 球上 ,根据微球中的半导体纳米晶体的种类和它们间的荧光强度的比例 ,唯一确定是哪种 DNA 序列 ,其 准确度可达到 99. 99 %。在一个聚合物微球上 ,对 DNA 的杂交研究时可以同时获得固定探针 DNA 和游 离探针 DNA 的荧光信息 35 。 5 　展　　望 今后 ,由于半导体纳米晶体吸引人的发光性质 ,将会用于药物筛选、疾病筛查、基因测序等多个生命 4311　　 分 析 化 学 第 30 卷 科学研究领域 ,有望会给这些领域带来革命性的进步。 生物芯片是目前的新兴领域36 ,对芯片上生物材料的检测主要采用荧光标记检测 37 。将半导体纳 米晶体用于芯片上的生物标记后 ,由于发光强度增强 ,发射波峰尖锐 ,可改善芯片的灵敏度 ,有望会给生 物材料的检测带来突破性的进展。对于一些背景荧光较强的芯片 ,由于半导体纳米晶体的发光时间较 长 ,可采用时间分辨荧光进行检测。同时 ,采用非激光光源激发半导体纳米晶体就可获得足够的荧光强 度用来检测生物材料 ,降低了芯片的成本。 References 1 　Alivisatos A P. Science , 1996 , 271(5480) :933～937 2 　Bruchez J M , Moronne M , Gin P , Weiss S , Alivisatos A P. Science , 1998 , 281(5385) : 2013～2016 3 　Chan W C W , Nie S M. Science , 1998 , 281 (5385) :2016～2018 4 　Klimov V I , Mikhailovsky A A , Xu S , Malko A , Hollingsworth J A , Leatherdale C A , Eisler H J , Bawendi M G. Science , 2000 , 290(5490) : 314～317 5 　Peng X , Manna L , Yang W , Wickham J , Scher E , Kadavanich A , Alivisatos A P. Nature , 2000 , 404 (6773) : 59～61 6 　Nirmal M , Dabbousi B O , Bawendi M G, Macklin J J , Trautman J K, Harris T D , Brus L E. Nature , 1996 , 383 (6603) : 802 ～804 7 　Whaley S R , English D S , Hu E L , Barbara P F , Belcher A M. Nature , 2000 , 405 (6787) : 665～668 8 　Mirkin C A , Taton T A. Nature , 2000 , 405 (6787) : 626～627 9 　Bruchez M P , Daniels R H , Empedocles S A , Phillips V E , Wong E Y, Zehnder D A. U. S. Patent , 6274323 , 2001 10 　Arnim H. Chem . Rev , 1989 , 89 :1861～1873 11 　Schuppler S , Friendman S L , Marcus M A , Adler D L , Xie Y H , Ross F M , Harris T D , Brown W L , Chabla YJ , Brus L E , Citrin P H. Phys . Rev. Lett . , 1994 , 72 (16) : 2648～2651 12 　Tolbert S H , Alivisatos A P. Ann. Rev. Phys . Chem . , 1995 , 46 : 595～625 13 　Brus L. Appl . Phys . A , 1991 , 53 : 465～474 14 　Henglein A. Chem . Rev. , 1989 , 89 : 1861～1873 15 　Heath J R , Shiang J J . Chem . Soc. Rev. , 1998 , 27 (1) : 65～71 16 　Peng X G, Schlamp M C , Kadavanich A V , Alivisatos A P. J . Am . Chem . Soc. , 1997 , 119(30) :7019～7029 17 　Dabbousi B O , Rodriguez Viejo J , Mikulec F V , Heine J R , Mattoussi H , Ober R , Jensen K F , Bawendi M G. J . Phys . Chem . B , 1997 , 101(46) :9463～9475 18 　Alivisatos A P. J . Phys . Chem . , 1996 , 100 (31) :13226～13239 19 　Cao Y W , Banin U. Angew . Chem . Int . Edit . , 1999 , 38 (24) : 3692～3694 20 　Cao Y W , Banin U. J . Am . Chem . Soc. , 2000 , 122 (40) : 9692～9702 21 　Manna L , Scher E C , Alivisatos A P. J . Am . Chem . Soc. , 2000 ,122 (51) : 12700～12706 22 　Sun B Q , Yi G S , Chen D P , Xie W Z , Zhou Y X , Chen J . ′2000 International Forum on Biochip Technologies . Beijing , 2000 : 458 23 　Kricka L J . Nonisotopic Probing , Blotting and Sequencing , New York : Academic Press , 1995 :125 24 　Lakowicz J R. Principle of Fluorescence Spectroscopy . 2nd ed. , New York : Kluwer AcademicΠPlenum Publishers , 1999 : 69 25 　Weiss S , Bruchez M J . Alivisatos A P. U. S. Patent , 5990479 , 1999 26 　Alivisatos A P. Pure Appl . Chem . , 2000 , 72 (122) : 3～9 27 　Green M , O′Brien P. Chem . Commun. , 1999 , 22 : 2235～2241 28 　Mitchell G P , Mirkin C A , Letsinger R L. J . Am . Chem . Soc. , 1999 , 121(35) : 8122～8123 29 　Mattoussi H , Mauro J M , Goldman E R , Anderson G P , Sundar V C , Mikulec F V , Bawendi M G. J . Am . Chem . Soc. , 2000 , 122 (49) : 12142～12150 30 　Sun B Q , Xie W Z , Yi G S , Chen D P , Zhou Y X , Cheng J . J . Immuno. Methods , 2001 , 249 :85～89 31 　Zhang Chunyang(张春阳) , Ma Hui (马 　辉) , Ding Yao (丁 　尧) , Jin Lei (金 　雷) , Chen Dieyan(陈瓞延) , Miao Qi (苗 　 琦) , Nie Shuming(聂书明) . Chem . J . Chinese Universities (高等学校化学学报) , 2000 , 22 (1) : 34～37 32 　Zhang C Y, Ma H , Nie S M , Ding Y, Jin L , Chen D Y. Analyst , 2000 , 125(6) : 1029～1031 5311第 9 期 孙宝全等 :半导体纳米晶体的光致发光特性及在生物材料荧光标记中的应用 　　 33 　Lacoste T D , Michalet X , Pinaud F , Chemla D S , Alivisatos A P , Weiss S P. Natl . Acad. Sci . USA . 2000 , 97 (17) : 9461～ 9466 34 　Mahtab R , Rogers J P , Murphy C J . J . Am . Chem . Soc. , 1995 , 117 (35) : 9099～9100 35 　Han M Y, Gao X H , Su J Z , Nie S. Nat . Biotechnol . , 2001 , 19 (7) : 631～635 36 　Cheng J , Sheldon E L , Wu L , Uribe A , Gerrue L O , Carrino J , Heller M J , O′Connell P J . Nat . Biotechnol . , 1998 , 16 : 541 ～546 37 　Kricka L J . Clin. Chem . , 1998 , 44 (9) : 2008～2014 Photoluminescence Properties of Semiconductor Nanocrystals and Their Applications in Biological Fluorescent Probes Sun Baoquan1 , Xu Yonglan2 , Yi Guangshun1 , Chen Depu 3 1 1 ( Department of Chemistry , Tsinghua University , Beijing 10084) 2 ( Environmental Engineering Research Center , Faculty of Chemical Engineering , University of Petroleum , Beijing 102200) Abstract 　Photoluminescence properties and biological application of semiconductor nanocrystals (also known as quantum dots) has been reviewed. Semiconductor nanocrystals exhibit a wide range of size2dependent properties. The semiconductor nanocrystals behave highly photochemical stability with a narrow , tunable , symmetric emission spectrum, a big Stokes′shift compared with conventional organic fluorophores. The advantages of the broad , continuous excitation spectrum were demonstrated in many biological fluorescent labels. These semiconductor nanocrystal probes are thus complementary and in some cases may be superior to existing fluorophores. Keywords 　Semiconductor nanocrystals , photoluminescence , biological label , review (Received 22 August 2001 ; accepted 11 February 2002) 2003 年《中文科技资料目录·中草药》征订启事 　　《中文科技资料目录·中草药》为国家科技信息检索体系的刊物。以全面、系统、准确、迅速报道中草药文献题录 ,为 读者提供准确、便捷的检索途径为办刊宗旨 ,是目前报道中草药文献最全的印刷本检索工具。由中草药信息中心站和天 津药物研究院主办。 本刊 2003 年报道国内 1 000 种医药学、化学、生物学、农林科学、综合自然科学期刊 ,以及各种资料汇编、会议论文 集。每年报道中草药文献题录 2 400 条 ,全年共报道 12 000 条 (第 6 期为年度主题索引) ,报道时差 4～6 个月。是从事中 草药科研、生产、检验、教学、市场营销、信息服务等部门必备的检索工具。 本刊为双月刊 ,每期定价 30 元 ,年年订价 180 元。国内统一刊号 :CN1221107ΠR。编辑部自办发行 ,欢迎订阅 ,银行信 汇、邮局汇款均可。 编辑部地址 :天津市南开区鞍山西道 308 号 　　邮政编码 300193 联系电话 : (022) 23006822 　　传真 : (022) :27381328 E2mail :lygi200188 @hotmail. com ; zwkjml @mail. china. com 开户银行 :天津市工商银行南门外分理处 银行账号 :701264089632 　银行户名 :天津药物研究院 6311　　 分 析 化 学 第 30 卷