利用纳米水膜合成多功能量子点

近20年来，量子点由于其独特的尺寸依赖的物理性质（如半导体量子点的荧光性、磁性量子点的超顺磁性、贵金属量子点的等离子体共振性）受到了不同领域（生物医学、光电学、电子学等）的科学家们的广泛研究。然而现在人们更感兴趣的是如何合成新（多）功能的量子点或者量子点组合材料。简单的通过生物大分子自组装、有机连接反应等方法已经证实了合成多功能量子点组合的可能性，但是目前的技术只处于一个初级阶段，表现在量子点的种类和数目都受限。所以新型合成技术亟待开发。本项目旨在发展一种全新量子点(组)的合成方法。主要利用溶剂水被限制在纳米尺度范围内的特殊物理化学效应，结合微接触印刷法与模板辅助自组装等技术，自下而上地合成新型的量子点（组）。并进一步对新合成的量子点（组）的物化性质进行表征。找到如何控制多功能量子点的尺寸、形状的方法，并研究量子点耦合前后的功能、性质差异。

本项目在实施过程中，由于在实验中的一些难题以及其中意外发现的有趣现象等原因，结果在基本完成原计划中的研究内容外，还增加了一些新的研究内容。首先，我们认为纳米水膜中分子的反应与几个基本的问题是十分相关的，比如温度、固液界面性质以及分子浓度等因素可同时影响反应环境——纳米水膜，与反应程度。所以我们利用一种研究得比较透彻的自组装分子——GAV-9肽进行了试验，结果发现温度不仅对其自组装的速度成正相关影响，而且对其组装的结构也具有很大的影响——超过60℃后可形成双层膜结构，间接地证明了纳米水膜可改变云母衬底的表面性质。其次，我们还深入研究了固液界面分子自组装反应的影响，并与大体积水相进行了对比，结果发现：不同固液界面可以极大地影响另一种模型多肽Pep11的自组装行为——由规则的纤维细丝变为无规卷曲状纤维。第三，我们还考察了分子的浓度对其自组装高级结构的影响。结果发现胰岛素多肽分子的浓度决定其自组装的分级机制：在低浓度区只形成一些单层的、按照衬底晶格方向排列的细小纤维，而在高浓度区则可形成具有明显二维液晶状排序的高级纤维结构。此外，在大自然制造白云母这种“完美”晶体的时候，也有疏忽的时候——其表面也有大规模的不规则图案，且分布在一些缺陷的表面。利用GAV-9肽分子的原位固液界面自组装实验进一步发现，生物分子在这些缺陷表面的外延生长具有极大的包容性——它们居然忽视了这些不规则的图案而继续按照原有的晶格方向外延。最后，我们还通过利用化学水热法处理农业秸秆，合成了高产率（~20%）且具有稳定荧光性质的纳米级碳点，并实验例证了其在离子检测、生物标记等领域的潜在应用价值。在研究成果方面，已经发表或者被接受的直接与本项目相关的有6篇SCI论文（其中影响因子超过6.5的有2篇）和2篇中文核心杂志论文，期间受此项目间接资助而发表的论文还有8篇SCI论文（其中影响因子超过6.5的有2篇）和7篇中文核心论文；并获得了1项发明专利的授权；直接资助了5名博士研究生和9名硕士研究生的培养、4次国际会议和1次自行举办的国内专题会议。在项目结题之际，本项目剩余的一些经费依然继续资助着一些深入研究的工作，比如多肽分子在纳米水膜中合成荧光碳点，并反过来影响其自身自组装的课题，我们希望这些结果将在不远的将来能发表在一些档次更高的杂志上。