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单个量子点的光学性质研究及其在超高分辨率定位上的应用

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文摘

英文文摘

本文所用英文缩写词表

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 单分子水平上的荧光成像

1.2.1 单分子检测的意义

1.2.2 单分子/颗粒的荧光成像方法

1.2.3 单个荧光分子/颗粒的判定

1.2.4 单分子水平上的荧光成像的应用

1.3 荧光探针-量子点

1.3.1 基本概念及特点

1.3.2 单个量子点光学性质的研究概述

1.3.3 量子点的制备、表面修饰与生物交联

1.3.4 量子点在化学生物传感、细胞与疾病冶疗的研究概述

1.4 超高分辨率远场荧光成像

1.4.1 光学显微镜的分辨率

1.4.2 几种非远场超高分辨率成像技术

1.4.3 远场超高分辨率成像的研究概述

1.4.4 单分子水平上的超高分辨率成像/定位的研究进展

1.5 本论文的工作设想

第2章 量子点在非激发光照明下的光漂白行为研究

2.1 前言

2.2 实验部分

2.2.1 试剂与仪器

2.2.2 实验方法

2.3 结果与讨论

2.3.1 非激光漂白量子点

2.3.2 非激发光光强与漂白量子点时间的关系

2.3.3 汞灯在不同波长处相对光强的测定

2.3.4 各种不同波长的激发光/非激发光对量子点光漂白行为的影响

2.3.5 非激发光漂白量子点的可能机理

2.4 小结

第3章 单个量子点的氧化过程研究

3.1 前言

3.2 实验部分

3.2.1 试剂与仪器

3.2.2 实验方法

3.3 结果

3.3.1 单个量子点光谱蓝移

3.3.2 不同波长对量子点光谱蓝移的影响

3.3.3 单个量子点的光氧化

3.3.4 不同激发光强下量子点的光氧化过程

3.4 讨论

3.5 小结

第4章 量子点团聚程度的测量

4.1 前言

4.2 实验部分

4.2.1 试剂与仪器

4.2.2 实验方法

4.3 结果与讨论

4.3.1 光谱成像

4.3.2 计数原理

4.3.3 多个时刻量子点团聚物光谱变化

4.3.4 计算不同量子点团聚物的团聚程度

4.4 小结

第5章 多色量子点复合物的超高分辨率定位技术

5.1 前言

5.2 实验部分

5.2.1 试剂与仪器

5.2.2 实验方法

5.3 结果与讨论

5.3.1 量子点对(检测标尺)的形成

5.3.2 基于透射光栅的多色成像及量子点对的确定

5.3.3 量子点对间距离测量方法

5.3.4 测量结果精度的确定

5.3.5 超高分辨率定位方法在细胞成像中的应用

5.4 小结

第6章 同色量子点复合物的超高分辨率定位技术

6.1 前言

6.2 实验部分

6.2.1 试剂与仪器

6.2.2 实验方法

6.3 结果与讨论

6.3.1 激发波长与量子点的选择

6.3.2 同色量子点对的光谱成像与分裂

6.3.3 同色量子点对的定位原理

6.3.4 测量结果精度的确定

6.4 小结

结 论

参考文献

附录A 双色量子点对的形成方法

附录B 插值拟合荧光光斑等高图

附录C 攻读博士学位期间所发表的学术论文及专利

致 谢

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摘要

量子点(Quantum Dots,QDs)是一种具有诸多优良光学特性的纳米荧光探针,已在化学分析、生物传感、分子影像等领域得到了广泛应用。单个量子点的光学性质研究有望发现一些宏观方法不能发现的实验现象,为改善其光学性能提供思路,也有助于更好的将其应用于各领域。本论文以宽场荧光显微成像技术为主要研究手段,以单个量子点为研究对象,发现了非激发光漂白量子点的行为,提出了影响量子点氧化过程的因素,并将量子点应用于单分子计数和超高分辨率定位,具体内容如下:
  一、量子点在非激发光照明下的光漂白行为研究
  本章以核壳量子点(Core/shell,CdSe/ZnS)为研究对象,用非激发光连续照射量子点一段时间,结果发现在单分子和系综两个层面上量子点均能被非激发光漂白。这说明即使没有提供足够高的能量使量子点价带的电子跃迁到导带,量子点的光漂白反应依然发生。非激发光下的光漂白动力学与激发光下光漂白动力学相同,均为连续一级基元反应。
  二、单个核壳量子点的氧化动力学研究
  量子点光谱蓝移是量子点氧化后核尺寸减小的结果。本章利用光谱成像的方法,监测了量子点光谱蓝移的过程,也就相当于监测了量子点的氧化过程。在考察了激发光波长与光强度对蓝移过程的影响后,认为量子点的蓝移幅度取决于量子点的激发光波长和量子点的初始尺寸,而与激发光强度无关。量子点的氧化速率正比于激发光的强度,激发光波长越短,量子点的氧化速率越快。
  三、量子点团聚程度的测量
  纳米颗粒团聚程度的实时测量在技术层面上是一个难点。本章提出了一种基于量子点光谱蓝移和光漂白不同步性的测量量子点团聚体中量子点个数的方法。通过观测量子点团聚物一级条纹的分裂过程,计量出团聚体中量子点的个数。
  四、多色和同色量子点复合物的超高分辨率定位技术
  多色量子点的超高分辨定位是根据不同颜色量子点的光谱位置不同而识别闪烁的量子点。通过监测双色或多色量子点复合物中个体量子点一级光谱的闪烁,分别定位两种颜色的QD,从而测量出双色量子点间小于衍射极限的距离。
  同色量子点的超高分辨率定位是基于量子点光谱蓝移的不同步和量子点漂白的不同步,识别闪烁的量子点,并分别定位。

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