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量子点(QD)具有独特的物理化学性质,如高量子产率、宽带吸收、窄带发射、波长连续可调、抗光漂白性好的光学性质;具有良好的电荷和能量转移的电子性质以及易表面功能化、稳定性好的化学性质,因而被广泛的应用于构建纳米荧光传感器。本论文以金属配位作用和生物偶联两种方式,分别构建量子点-分子体系和量子点-适配体/氧化石墨烯体系的荧光传感器,并分别用于离子、pH以及生物分子传感。所构建的量子点荧光传感器具有以下优势:一是高灵敏度;二是高特异性;三是可用于逻辑检测。主要研究内容如下:1.合成了不同结构的多色量子点:一锅法合成了疏基乙酸(TGA)包覆的水溶性CdTe QD;使用连续离子层吸附反应(SILAR)法制备了核/壳型InP/ZnS量子点。所制备的量子点具有较高的荧光量子产率和较窄的半峰宽,并且发射波长连续可调(495 nm-602nm),为量子点荧光传感器的构建提供了良好的材料基础。2.基于高荧光量子产率的CdTeQD,用菲啰啉(Phen)作为配体,构建了量子点-菲啰啉荧光传感器。Phen通过金属亲和力作用结合到CdTeQD表面,通过光致空穴转移过程猝灭QD荧光。当Cd2+存在时,Phen与Cd2+有更强的亲合力作用,进而从QD表面脱附,致使光致空穴转移过程被打断,QD荧光恢复,从而通过QD荧光“开”方式实现了对Cd2+的超灵敏检测。检测限达到0.01 nM,线性范围为0.02 nM到0.6μM。并且该荧光传感器对Cd2+具有很好的选择性,能够区分同一族的Zn2+。3.通过凝血酶素、ATP适配体分别修饰两种颜色InP/ZnS QDs(TBA-QD5006、ABA-QD571),并分别与氧化石墨烯(GO)结合,制备了 GO/TBA-QD506和GO/ABA-QD571pH传感器。在凝血酶素(Thr)或ATP存在条件下,所制备的传感器依pH不同,展示出可逆的“S”形绿色或橙色荧光变化曲线,实现了 pH传感。传感机制利用了适配体结构可调性;信号传导机制利用了 QDs与GO之间的长程共振能量转移过程(LrRET)。在pH>8.0时,Thr与TBA结合、ATP与ABA结合,对应适配体分别形成四链体和双链,导致TBA-QD506或ABA-QD571脱离GO表面,QD506和QD571分别处于高荧光状态;当pH<6.0时,TBA和ABA分别从四链体、双链变为单链,进而吸附于GO表面,由于LrRET过程,QD506、QD571处于低荧光状态。利用传感器在酸性pH条件下的低荧光状态和碱性pH条件下的高荧光状态特性,同时结合量子点的pH稳定性,可用于制备高可靠性的荧光开关。4.利用适配体标记的两种颜色InP/ZnS量子点(TBA-QD506、ABA-QD571)同时与GO共组装,构建了 GO/TBA-QD506/ABA-QD571逻辑器件,实现了高重置性的半加器和半减器逻辑运算。以Thr、ATP为两个输入,可实现半加器代数运算:输入Thr,QD506荧光增强;输入ATP,QD571荧光增强;两种同时输入,QD506和QD571同时增强。以两种量子点荧光比率作为输出,构建了“异或”门;以两种量子点荧光强度同时作为输出,构建了“与”门,“异或”门和“与”门组成半加器。而将两个输入改变为Thr和DNA1(ATP适配体)、ATP和DNA2(Thr适配体)时,可实现半减器代数运算:以两种量子点荧光比率作为输出,构建了“异或”门;以其中任何一种颜色量子点的荧光强度作为输出,构建了“禁”门,“异或”门和“禁”门组成半减器。利用量子点的荧光稳定性,通过改变pH值,可实现重复多次的半加器和半减器逻辑运算。该逻辑器件可实现生物分子逻辑检测:检测Thr的线性范围为0.1-50 nM,检测限为50pM;而检测ATP的线性范围为100nM-30μM,检测限为40nM。