鋅基半導(dǎo)體微納材料的制備、復(fù)合、物性及在生物檢測(cè)中的應(yīng)用.pdf

1、ZnO、ZnS等鋅基半導(dǎo)體無毒、生物兼容性好，且具有獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)，近些年來在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域備受關(guān)注。與發(fā)光信號(hào)相比，鋅基半導(dǎo)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(qiáng)的特點(diǎn)，在生物分子檢測(cè)方面具有重要的應(yīng)用前景。而該材料體系共振拉曼散射性質(zhì)與其制備方法、結(jié)晶質(zhì)量等問題密切相關(guān)，多種功能材料復(fù)合又可以拓展或增強(qiáng)材料的功能性。因此，本論文圍繞ZnO、ZnS及其復(fù)合材料的制備、形貌及性質(zhì)調(diào)控、基于半導(dǎo)體共振拉曼散射的生物分子檢測(cè)

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(jī)理，以ZnO微米棒形貌依賴的微區(qū)光致發(fā)光性質(zhì)為手段，對(duì)ZnO低維結(jié)構(gòu)中缺陷分布、表面電荷離化等問題進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，超聲空化反應(yīng)中調(diào)節(jié)前驅(qū)物濃度、反應(yīng)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(jié)構(gòu)。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(dǎo)致束縛激子的離化，兩

3、種作用競(jìng)爭的結(jié)果導(dǎo)致了不同形貌ZnO微米棒空間位置依賴的光致發(fā)光性質(zhì)。
　　(2)以ZnO一維結(jié)構(gòu)為模板，選用溫和的低溫水熱合成方法構(gòu)筑了ZnO/鐵氧化物異質(zhì)結(jié)構(gòu)微米棒及復(fù)合納米棒陣列，并對(duì)復(fù)合材料的多功能性質(zhì)進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，有機(jī)弱堿六次甲基四胺的存在與否對(duì)異質(zhì)結(jié)構(gòu)中鐵氧化物的組成（Fe3O4或Fe2O3）至關(guān)重要。異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料即保留了ZnO材料的光致發(fā)光、共振拉曼散射性質(zhì)，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(qiáng)，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(guān)。
　　(3)以Fe3O4/ZnO/Au納米復(fù)合材料的多聲子共振拉曼散射作為標(biāo)記信號(hào)，在外磁場(chǎng)輔助下實(shí)現(xiàn)了高特異性、高選擇性，快速超高靈敏免疫檢測(cè)。利用Fe3O4/ZnO/Au納米復(fù)合材料的超順磁性，實(shí)現(xiàn)了快速高效的磁分離。分析解決了檢測(cè)過程中邊界層效應(yīng)、擴(kuò)散勢(shì)壘對(duì)檢測(cè)靈敏度及檢測(cè)速度的影響。據(jù)作者所知，這是國際上首次將半

5、導(dǎo)體材料的多聲子拉曼散射與磁性材料的富集功能相結(jié)合用于快速、超靈敏生物檢測(cè)。
　　(4)利用ZnS納米晶單組分材料的多聲子共振拉曼散射信號(hào)實(shí)現(xiàn)了高靈敏、高特異性和高選擇性的免疫檢測(cè)。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(duì)溶膠法和水熱法制備的ZnS納米晶的共振拉曼散射性質(zhì)進(jìn)行了對(duì)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(shí)了這種共振拉曼散射信號(hào)具有明顯的指紋特征、極窄的半