生物兼容的新型复合核壳纳米晶的结构及性质关系的研究

半导体核壳纳米晶的性质强烈依赖于它们的组成及结构。基于半导体纳米晶的发展及生物兼容性的需求，我们发现了一种新型的核壳纳米晶，即在半导体纳米晶的核上包覆生物兼容性的复合壳。该核壳纳米晶显示与传统半导体核壳纳米晶相似的性质，如荧光寿命增加，荧光量子效率提高(从30%增加到80%以上)等。如此高的荧光量子效率对生物及光电装置方面的应用非常重要。本研究的主要目的是研究这种复合壳的组成、结构、以及对不同半导体纳米核的性质的影响，该复合壳的成份尚有待研究，可能是一种新的化合物，或者是在SiO2复合壳中形成半导体的簇(或1nm的纳米颗粒)。本课题在准确确定该复合壳结构及组成基础上，创立新的能带结构模式，探讨这种新型的核壳纳米晶的结构，性质，组成之间的关系。通过改变半导体核的大小，种类及复合壳的组成，厚度，得到具有高荧光量子效率的发光纳米晶，并实现生物分子链接。

项目的整体情况是首先按照原计划完成了预期的工作，取得了预期的结果，在此基础上根据本领域的发展趋势对研究内容从理论和应用两方面进一步拓展，以获取更多的成果，其具体完成情况及取得的成果概述如下：.本项目的关键研究内容为在传统的水溶性半导体纳米晶表面生长具有生物兼容性的复合SiO2壳层，其中复合SiO2壳层中原位生长了半导体团簇，由于那些临近半导体核的团簇与核形成新型的核壳结构导致发光性质改变，如荧光寿命增加，荧光量子效率提高(从30%增加到90%以上)等，复合核壳纳米晶的发光性质主要由核的性质及团簇的大小决定。对于核纳米晶合成，一是用巯基乙酸作为盖帽剂合成了绿色到红色CdTe纳米晶，通过改变回流时间、反应物浓度、pH值控制CdTe纳米晶的粒度大小，其中绿色发光（540 nm）的CdTe纳米晶的平均粒径为2.7 nm; 红色发光（650 nm）的CdTe纳米晶的平均粒径为4.0 nm；二是时用绿色和黄色发光的CdTe纳米晶在水热法条件下合成了水溶性的CdTe/CdSe核壳纳米晶，其发光波长从黄色到深红色，发光效率最高为90%；三是用水溶液法合成了蓝色发光的ZnSe纳米晶。对于在半导体核上生长复合SiO2壳，主要是通过溶胶凝胶过程的控制，在回流过程中在SiO2壳中原位生长CdS簇，其大小控制在0.5-1.5nm，并系统研究了其性质的变化，并对新型复合核壳纳米晶的发光机理进行系统讨论和分析，建立新的能带结构模型，结果显示计算的发光波长与实验数据吻合的较好。此外，考虑这些纳米晶的应用，对其稳定性作了系统研究，并初步探索了其与抗体连接的过程，对其机理进行了讨论。.伴随着项目的完成，即制备了有应用前景的具有生物兼容性的新型复合核壳纳米晶，又获得了一系列的理论成果。截止2013年底共发表与研究相关的SCI论文50余篇，授权中国发明专利4项，申请中国发明专利9项，圆满完成了预期计划和预定目标。