鋅基半導體微納材料的制備、復合、物性及在生物檢測中的應用.pdf

1、ZnO、ZnS等鋅基半導體無毒、生物兼容性好，且具有獨特的光學性質，近些年來在生物醫(yī)學領域備受關注。與發(fā)光信號相比，鋅基半導體的共振拉曼散射具有半峰寬窄，指紋特征明顯和抗干擾能力強的特點，在生物分子檢測方面具有重要的應用前景。而該材料體系共振拉曼散射性質與其制備方法、結晶質量等問題密切相關，多種功能材料復合又可以拓展或增強材料的功能性。因此，本論文圍繞ZnO、ZnS及其復合材料的制備、形貌及性質調控、基于半導體共振拉曼散射的生物分子檢測

2、等問題開展了系列的研究工作，主要包括:
　　(1)利用超聲空化法及水熱法制備了多種形貌ZnO微納材料并分析了其生長機理，以ZnO微米棒形貌依賴的微區(qū)光致發(fā)光性質為手段，對ZnO低維結構中缺陷分布、表面電荷離化等問題進行了研究。結果表明，超聲空化反應中調節(jié)前驅物濃度、反應試劑比例及溶劑可以獲得不同長徑比的ZnO納米棒以及蝌蚪形、空心球形等ZnO納米結構。體缺陷有利于ZnO中束縛激子的形成，而表面電荷的存在又容易導致束縛激子的離化，兩

3、種作用競爭的結果導致了不同形貌ZnO微米棒空間位置依賴的光致發(fā)光性質。
　　(2)以ZnO一維結構為模板，選用溫和的低溫水熱合成方法構筑了ZnO/鐵氧化物異質結構微米棒及復合納米棒陣列，并對復合材料的多功能性質進行了研究。結果表明，有機弱堿六次甲基四胺的存在與否對異質結構中鐵氧化物的組成（Fe3O4或Fe2O3）至關重要。異質結構復合材料即保留了ZnO材料的光致發(fā)光、共振拉曼散射性質，又具有較好的室溫超順磁性。相較于ZnO/Fe2

4、O3來說，ZnO/Fe3O4的缺陷發(fā)光更弱，磁性更強，這主要與氧化鐵組分及ZnO和氧化鐵之間的界面相互作用相關。
　　(3)以Fe3O4/ZnO/Au納米復合材料的多聲子共振拉曼散射作為標記信號，在外磁場輔助下實現(xiàn)了高特異性、高選擇性，快速超高靈敏免疫檢測。利用Fe3O4/ZnO/Au納米復合材料的超順磁性，實現(xiàn)了快速高效的磁分離。分析解決了檢測過程中邊界層效應、擴散勢壘對檢測靈敏度及檢測速度的影響。據作者所知，這是國際上首次將半

5、導體材料的多聲子拉曼散射與磁性材料的富集功能相結合用于快速、超靈敏生物檢測。
　　(4)利用ZnS納米晶單組分材料的多聲子共振拉曼散射信號實現(xiàn)了高靈敏、高特異性和高選擇性的免疫檢測。選擇ZnS納米晶作為拉曼探針材料，可直接與生物分子偶聯(lián)，極大的簡化了探針的制備過程。對溶膠法和水熱法制備的ZnS納米晶的共振拉曼散射性質進行了對照研究，得到了制備ZnS多聲子拉曼探針材料的優(yōu)化條件，證實了這種共振拉曼散射信號具有明顯的指紋特征、極窄的半