核壳型量子点是一种新型的无机半导体纳米晶体材料。作为一种荧光标记探针,它展现出传统荧光染料所没有的许多光化学优点。首先,量子点具有宽的激发波长,可以方便地实现不同量子点的单波长同时激发,非常容易地实现多色应用;其次,量子点的荧光发射峰窄而对称,能有效减少多色应用中光谱交叠问题,不需要对光谱交叠问题进行严格的补偿;再次,量子点具有很好的光化学稳定性,经历长时间光源照射并不损失荧光特性,而且比有机荧光染料更不容易被降解;最后,虽然不同尺寸量子点具有不同的荧光发射波长(颜色),但是它们都具有良好方便的表面化学可修饰性,以及表面上生物分子偶联的灵活可兼容特性(即能与生物活性分子进行有效的偶联,如抗原抗体、蛋白、DNA序列等)。近年来,量子点在微球光学编码、基于编码微球的阵列分析(包括编码微球表面的DNA杂交分析、抗原/抗体免疫分析等)、分子细胞成像、FRET研究、毛细管电泳分析等众多方面都得到了广泛的应用。本论文主要工作是研究了不同粒径量子点的有效控制合成,同时也研究了其光学、表面化学、生物偶联等特性,并重点研究了合成的量子点作为荧光探针在生物和分析领域的具体应用。论文完成的工作如下:1.采用油相合成法,通过对成核时间的控制,批量合成得到了多种不同发射波长的量子点(500~700 nm)。对其光学性质进行了表征,发现发射波长在590 nm附近时,量子点具有较好的荧光量子产率(43.5%),而发射波长蓝移或红移时,相应的量子点量子产率都有所降低。2.通过对聚苯乙烯微球进行溶涨处理、量子点的吸附装载,完成了对微球的多色编码。我们利用量子点对微球进行了荧光编码及光谱检测,结果表明需要通过光谱分辨才能有效鉴别不同波长与强度的编码微球。对于确定的两种量子点,通过控制掺杂液中不同量子点浓度比率的梯度变化,可以得到信号强度比率也梯度变化的编码微球。而且,通过微球信号强度比率和装载液中两种QDs摩尔浓度比率的标准曲线,可以初步评估这两种量子点的有效编码库容量,并可用于指导微球的光谱编码。之后,在编码微球上固定human IgG抗原,对溶液中相应的抗体进行了检测,结果表明,该编码微球可以很好地检测到溶液中抗体的信号,抗体有效检测范围为2~15μM。这一结果表明,该方法编码得到的微球可以被有效的用于生物学研究。3.介绍了一种基于量子点编码微球的流式分析技术,利用该技术对各种量子点编码微球的荧光光谱进行了很好的区分,并实现了对溶液中特定的靶分子的有效检测。这一检测系统是基于两个长波长的荧光信号(如黄色和红色量子点信号)来辨别确定微球的编码,用第三个短波长的荧光信号(如绿色,染料FITC的信号)作为报告信号来确定反应的发生与否,这样就可以利用量子点的荧光特性,只需一种光源就可对编码信号和报告信号进行同时检测。实验的结果表明,该方法具有良好的准确性和重现性。由于该系统在单光源激发下,具有快速、准确、简单、可批量实时检测等优点,相信在得到进一步的完善后,将具有较好的应用前景。4.系统地介绍了脂溶性量子点水溶性修饰、量子点与生物分子偶联及其柱层析分离纯化,以及量子点/转铁蛋白偶联物(Tf-QD)对人肝癌细胞HepG2进行标记成像等量子点荧光探针从制备到应用的全部过程研究。具体为,用巯基乙酸钠(sodium thioglycolate HSCH2COONa)取代CdSe/ZnS量子点表面的TOPO,对实验室合成的脂溶性量子点进行了有效的水溶性修饰。利用紫外、荧光和层析柱对水溶性的量子点与转铁蛋白Tf偶联进行了表征,结果证实两者有效地偶联在了一起。之后,在对偶联物进行分离纯化后,利用它对人肝癌HepG2细胞进行了标记。结果表明,量子点探针首先标记在了细胞膜上,之后在转铁蛋白(Tf)/转铁蛋白受体(TfR)介导作用下转入到细胞内,并主要分布在细胞质部分,未能进入到细胞核内。进一步的观察发现,细胞内的量子点荧光随时间增长在减弱,经历大约十天后再也观察不到量子点荧光。而且,量子点并未由于本身具有的“生物毒性”而影响细胞的正常生长,10天后细胞仍然存活。这一工作为促进QD在生物中的应用提供了很好的借鉴作用。5.采用发射波长为593 nm量子点,具体研究了luinol-H2 O2体系作为供体,脂溶性、水溶性(巯基羧酸修饰)以及偶联了HRP等三种情况下量子点作为受体时能量传递的情况。结果发现,三种情况下均能观察到量子点的发射峰,表明体系中发生了能量共振转移(Chemiluminescence resonance energy transfer, CRET)。脂溶性量子点情况下得到了最高的CRET效率,为10.7%,偶联物的CRET效率最低,为2.7%。这一结果与其量子产率是对应的(18.3%和0.4%)。而在利用两亲性聚合物修饰的量子点研究CRET时也得到同样的规律。我们推断量子点在不同情况下不同的量子产率对实验中CRET效率起着决定性的影响作用。此外,我们还观察到了luminol作为供体与多色量子点(三种)受体同时实现多元CRET的现象。这一工作为促进基于量子点的CRET研究提供了有效的支持。