关于量子点的相关知识综述量子点（Quantum Dots）是指粒子直径尺寸小于激子波尔半径且具有明显量子效应的半导体纳米结构，也被称作半导体纳米晶。
它既可以由一种半导体材料制成，例如由Ⅱ-Ⅵ族元素（CdTe、CdS、ZnSe、CdSe等）或Ⅲ-Ⅴ族元素（InAs、InP等）组成，也可以由两种及两种以上的半导体纳米材料组成。
作为一种新型的半导体纳米材料，量子点具有很多优良的特性。
1.量子点的性质（1）量子点的发射光谱能够通过改变量子点的粒子尺寸大小来控制。
通过改变量子点的化学组成成分和粒径大小能够使其发射光谱遍布整个可见光区。
利用量子点的这一性质可以制备荧光光谱特征不同的量子点。
（2）量子点有着很好的光稳定性相比于传统的荧光试剂。
量子点的荧光强度和稳定性比起传统有机荧光材料罗丹明6G强好几十倍以上。
因此量子点在生物标记方面有着广泛的应用，为研究长期相互作用的分子之间提供了重要的作用。
（3）量子点同时具有宽且连续的激发光谱和窄的发射光谱。
利用同一激发光源即可对不同尺寸的量子点进行同步检测，因此可以用作多色标记，极大地促进和发挥了荧光标记的应用。
（4）量子点具有较大的期托克斯位移[8]。
期托克斯位移（Stokes shift）是指量子点的最大紫外吸收峰位与荧光发射峰位所对应的波长之间的差值。
量子点的另一个优异的光学性质就是其具有宽的期托克斯位移，这是量子点显著的光谱特性，这样可以避免发射光谱与激发光谱的重叠，有利于荧光光谱信号的检测。
图1 斯托克斯位移示意图（5）量子点有着极好的生物相容性。
量子点经过各种化学修饰以后，不但能够提高它的光稳定性和量子产率[9, 10]，而且有利于进行特异性结合，另外其毒性较低，对其他生物体的危害小，可以进行生物活体的标记和检测。
（6）量子点具有很长的荧光寿命。
量子点的荧光寿命可持续数十纳秒，相比于有机荧光染料的寿命几纳秒[11]长很多，当进行光激发以后，多数物质的自发荧光会发生衰变，而量子点的荧光却依旧存在，此时即可采集到无背景干扰的荧光信号。
2.量子点的效应（1）表面效应。
当粒子直径比表面原子直径大时，表面原子的作用是可以忽略的；但当二者直径逐渐接近时，表面原子会对粒子产生影响，此时粒子的比表面积、表面结合能及表面张力都会发生变化，使得量子点性能改变，这即是量子点的表面效应。
当量子点粒径继续减小，其比表面积会逐渐增大，表面原子增多，会出现表面原子配位不足，因此使得表面原子活性极高，极易与其他原子结合，同时使得量子点表面构型发生变化，造成其表面缺陷，对其光化学特性产生重要的影响。
（2）尺寸效应。
量子点的尺寸效应是指当粒径小到一定值时，原来连续的能带转变为具有分子特性的分立能级结构，量子点存在最高占据的分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级，能级变宽使得量子点具有许多不同于其他宏观物质的光电特性。
例如纳米晶的颗粒越小，比表面积越大，其表面原子越多，表面束缚就能越高，吸收的光能也越多，因此使得其荧光光谱和吸收光谱发生蓝移。
利用量子点的尺寸效应可以通过控制和改变量子点的尺寸来调节其能级宽度，使量子点具有更理想的光电性质。
（3）隧道效应。
宏观量子隧道效应是指微观粒子在贯穿势垒方面所具有的能力。
在限制磁盘信息存储极限方面，结合量子点的尺寸效应能够确定微电子器件微型化的极限，因此研究量子隧道效应对微电子器件的研究有着非常重要的实际意义。
正是由于量子点具有量子表面效应、量子点尺寸效应和量子隧道效应等特殊性质，从而使其具有很多其他传统物质不具有的光电性质，拓宽了其在各个领域的应用。
3.量子点的制备量子点的制备方法经过十余年的改良，技术不断提升，从以前有机相的制备环境过渡到水相，从低的荧光量子产率到高的荧光量子产率。
目前量子点的制备方法有物理和化学方法，以化学方法为主。
化学法制备量子点主要包括：胶体化学法、溶胶-凝胶法、电沉积法、反相微乳液法以及模板法等。
而根据制备量子点时所用的溶剂一般将制备量子点的方法分为两种，其一是在有机体系中合成量子点；其二是在水溶液中合成[12, 13]。
（1）金属有机合成法量子点的研究最早是在20世纪90年代从镶嵌在玻璃中的CdSe QDs开始的。
1993年Bawendi等[14]第一次使用三辛基硒化膦（SeTOP）、二甲基镉（Cd(CH3)2）作为前体，三辛基氧化膦（TOPO）作为配位溶剂，通过高温热解法合成了高效高质量的CdSe QDs，由于CdSe纳米颗粒在甲醇中不可溶解，可以通过加入甲醇后离心分离得到量子产率不错的CdSe纳米颗粒。
但是这种方法有较大的缺点，例如其操作步骤复杂、反应条件难控制、使用的前驱体有剧毒且易燃易爆等，因此这种方法没有得到推广。
之后Peng等在合成方法和反应试剂等方面都做了很大的改进，所选用的实验药品常见且安全，克服了Cd(CH3)2合成方法的缺点，让实验室合成高质量的量子点成为可能。
（2）水相直接合成法有机合成法得到的量子点通常只溶于某些非极性或极性很弱的有机试剂，研究其在水相中的应用有一定的困难，只有通过将量子点的表面修饰上修饰物才能使其转移至水相中进行分析，因此研究在水相中直接制备量子点的方法有着重大的意义。
在水相中直接合成量子点有着无可比拟的优点，例如其比操作复杂的有机相合成法简便很多且成本低、有着很高的重复性[15]、对环境的污染很小、表面电荷和表面性质可控、生物相容性好、可批量生产[16]以及容易引入功能性基团，因此已经成为现今研究的热点[17]，到目前为止水相直接合成水溶性量子点主要是以水溶性巯基试剂（常用巯基乙酸（TGA）和巯基丙酸（MPA））作为稳定剂，这是因为巯基化合物一方面可以与量子点表面的金属Cd等发生配位结合，适当修补量子点表面的缺陷，提高了量子点的稳定性；另一方面巯基试剂所带有的NH2、COOH和OH等官能团可以作为功能化修饰基团，使得量子点具有很好的水溶性[18]。
近些年来又出现了利用其它类型试剂作为稳定剂来制备水溶性量子点的方法，例如Sondi等[19]用氨基葡聚糖作为稳定剂在室温条件下合成了CdTe QDs。
该方法制备出来的量子点的发光效率较低、制备红色荧光量子点所需要的时间较长，但是由于其在生物应用中无法比拟的优点，完善水相制备法有着十分重大的意义。
4.量子点在分析科学中的应用（1）无机离子的检测Rosenzweig等[20]通过报道以1-巯基甘油为稳定剂的CdS QDs与Cu2+作用后荧光发生猝灭和以L-半胱氨酸为稳定剂的量子点与Zn2+作用后荧光强度增强，提出了以量子点为荧光探针选择性检测金属阳离子的新方法。
Alfredo等[21]合成了以BMC作为修饰剂修饰的CdSe QDs，将其作为荧光探针在甲醇溶液中对氰化物离子选择性检测。
不同修饰剂修饰的量子点对金属离子的识别有着不同的效果，下面是量子点作为荧光探针[22]对汞离子的检测。
图1量子点荧光探针检测汞离子的机理图（2）细胞成像[23, 24]量子点标记的免疫球蛋白或抗体能够对细胞质中的微管、微丝、细胞表面的膜蛋白以及细胞核中的抗原物质进行特异性的识别，因此量子点作为荧光探针可用于细胞方面的荧光成像研究。
利用量子点被同样波长的光激发也可以发射出来不同颜色的荧光这个性质，可以进行细胞的多色标记。
（3）蛋白质的免疫分析传统的有机染料由于其窄的激发光谱、发射光谱有拖尾现象以及斯托克斯位移小等，用其标记的抗体很难实现同时对多种抗原的检测。
与传统的有机染料相比，以量子点作为荧光标记物利用抗原和抗体之间的特异性反应进行免疫分析不仅可以减少检测的时间而且可以很好的提高其灵敏度。
Mattoussi等[25]以量子点作为荧光标记物，对B型葡萄球菌肠酶素进行了测定，成功地利用量子点进行了免疫分析。
他们同时也利用不同发射波长的量子点来标记不同的抗体，实现了多元免疫分析。
（4）DNA分子检测DNA序列的准确检测在医学、遗传学和生物学等方面具有非常重要的现实意义。
Peng等[26]设计了一种静电作用介导的基于荧光共振能量转移的DNA探针，实现了对目标DNA的检测。
5.量子点在环境监测中的应用随着经济的发展，全球的污染物累积，对我们人类的生存环境造成了很大的危害，因此对环境中有害物质进行分析检测具有很现实的意义。
由于量子点特殊的光学性能以及其极高的灵敏度，基于量子点的荧光增敏法、荧光猝灭法、量子点标记免疫分析法、量子点荧光共振能量转移法和量子点表面印迹法等可以对环境中雌激素、农药残留物、重金属物质和其它环境污染物进行检测。
Carolina等[27]合成了量子点与碳纳米管的复合材料，利用碳纳米管的吸附能力提高了量子点与多环芳烃之间的相互作用，对环境中的芘、苯并芘等物质进行了检测，并且明显提高了其检测的灵敏度。
6.量子点在生命科学中的应用利用量子点还可以来监测细胞内部或细胞表面的蛋白质，这是一种观察细胞活动事件的方法。
Wu X等[28]通过对细胞进行荧光标记，证明了量子点标记抗体能够特异性识别亚细胞水平的分子靶点，使得量子点在细胞标记方面的应用成为广大学者的研究热点。
Sukhanova等[29]用量子点对乳腺癌细胞膜上的P-糖蛋白进行了三维共聚焦分析，效果远远优于传统的有机荧光染料，证明量子点作为一种新型的、高效的荧光标记物在疾病诊断、病理研究方面有很大的实际应用。
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