量子点世界的诸子百家

先丰纳米 2022-11-09

量子点是一种准零维纳米材料，2003年Science杂志把“量子点的发现”评为年度十大科学突破之一。早期大部分量子点的研究均是基于II-VI和IV-VI族的含铅和镉物质，其重金属毒性限制了量子点进一步发展及应用。之后人们将研究目光转向了碳、磷、硫、硅等无毒、生物相容性好的元素，今天小丰就来盘点下近年来石墨烯(碳)量子点、黑磷量子点、硫量子点以及硅量子点的研究情况。

黑磷量子点(BPQDs)是以磷为基础的纳米粒子, 因为磷是生物体内必需的元素，使其在生物医学领域的应用具有无可比拟的优势，又因其量子效应，在光催化应用上也有广泛前景。提到使用新型MOF/黑磷量子点复合材料用于海水中铀的高效提取。

标题：Multifunctional DNA Hydrogels with Hydrocolloid-Cotton Structure forRegeneration of Diabetic Infectious Wounds

链接：doi.org/10.1002/adfm.202106167

另一篇文章通过接枝DNA单元和聚乙烯亚胺动态交联和掺杂加热功能的黑磷量子点，合成多功能DNA水凝胶。该水凝胶具有优异的渗出液吸收性能、可调加热能力、力学行为、自愈能力、可写性、组织粘附和抗菌性能，为临床引导组织再生的级联管理提供了一种有效的方法。

标题：Multifunctional DNA Hydrogels with Hydrocolloid-Cotton Structure forRegeneration of Diabetic Infectious Wounds

链接：doi.org/10.1002/adfm.202106167

硫量子点(SQDs)因其优异的水分散性、低毒性、突出的化学性质和优异的生物活性而日益受到关注。本研究采用H₂O₂辅助自上而下的方法合成了具有优异近红外电化学发光(ECL)性能的硫量子点。通过H₂O₂刻蚀，调节了SQDs的尺寸和分散性，降低了聚集引起的猝灭效应，明显提高了ECL性能。以获得的硫量子点为发射体，三链DNA纳米结构为轨道的DNA步行机构建了一种超灵敏的生物传感器。这项工作丰富了纯元素量子点在ECL领域的应用，并为临床和生化分析中的超灵敏检测提供了新的途径。

标题：Ultrasensitive Electrochemiluminescence Biosensor Using Sulfur Quantum Dots as an Emitter and an Efficient DNA Walking Machine with Triple-Stranded DNA as a Signal Amplifier

链接：https://dx.doi.org/10.1021/acs.analchem.0c03311

石墨烯基纳米材料的应用在各个领域引起了全球关注，了解石墨烯基纳米材料的植物毒性防御机制对于评估其环境风险和安全设计至关重要。
本研究将氧化石墨烯GO(XF002-1)、还原氧化石墨烯rGO(XF032)和氧化石墨烯量子点GOQD(XF042)注射到辣椒植物的茎中，在42天的长期暴露下，研究了GO、rGO和GOQD的植物毒性以及辣椒叶片和果实的防御机制（如光合作用、氧化应激和激素调节）。结果表明，通过降低植物体内钙含量21.7−48.3%、胞间CO₂浓度12.0−35.2%、蒸腾速率8.7−40.2%、气孔导度16.9−50.5%来调节植物防御。内吞和跨膜运输蛋白下调，导致纳米物质吸收减少，进一步证实了植物响应胁迫的防御途径。非靶向蛋白质组学和代谢组学一致证明碳水化合物的下调和氨基酸代谢的上调分别是植物毒性和防御机制的主要机制。

标题：Identifying the Phytotoxicity and Defense Mechanisms Associated with Graphene-Based Nanomaterials by Integrating Multiomics and Regular Analysis

链接：https://doi.org/10.1021/acs.est.0c08493

为了进一步提高钙钛矿太阳能电池的功率转换效率，引入了硅量子点(SiQDs)，使钙钛矿能够在不改变PSC过程的情况下获得额外的阳光。这些SiQDs可以将较短波长的激发光(300-530nm)转化为可见光区域光，并反射较长波长的钙钛矿未吸收可见光(550-800nm)，从而增强PSCs的宽带光吸收。因此，基于SiQD的光电流增益可以在360-760nm的宽波长范围内提高PSCs的外部量子效率，产生相对增强的短路电流密度(+1.66mA/cm2)和PCE(+1.4%)。令人惊讶的是，即使是低纯度钙钛矿层的PSC, PCE的改善幅度也高达5.6%。我们的研究结果表明，量子点辅助效应基于地球丰富和环境友好的硅，导致有效的光管理，显著提高PSCs的性能，并使成本平衡得到实质性解决。

标题：Quantum-assisted photoelectric gain effects in perovskite solar cells

链接：https://doi.org/10.1038/s41427-020-00236-1

MXene材料具有良好的导电性、亲水性以及高的比表面积，其优异的性能吸引了人们广泛的研究兴趣。然而，普通的 MXene水分散液光致发光效应很弱，限制了在生物传感器和光学领域的应用。理论和实验研究表明，MXene量子点由于具有尺寸效应和边界效应，会展现出更强的发光性能。利用水热法制备了水分散性好的、单层的Ti₃C₂量子点，量子产率达到10%，通过标记RAW264.7实验证明，Ti₃C₂发光量子点可以用作生物相容性好的的多色细胞成像探针，在生物医学和光学领域展现出了更广阔的应用前景。

标题：Photoluminescent Ti3C2MXene Quantum Dots for Multicolor Cellular Imaging
链接：https://doi.org/10.1002/adma.201604847

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