Quantum_Dot

定义

量子点(quantum dot)是准零维(quasi-zero-dimensional)的纳米材料，由少量的原子所构成。粗略地说，量子点三个维度的尺寸都在100纳米(nm)以下，外观恰似一极小的点状物，其内部电子在各方向上的运动都受到局限，所以量子局限效应(quantum confinement effect)特别显著。

研究历史

现代量子点技术要追溯到上世纪70年代中期，它是为了解决全球能源危机而发展起来的。通过光电化学研究，开发出半导体与液体之间的结合面，以利用纳米晶体颗粒优良的体表面积比来产生能量。初期研究始于上世体80年代早期2个实验室的科学家:贝尔实验室的Louis E.Brus博士和前苏联Yoffe研究所的AlexanderEfros和A.I.Ekimov博士。Brus博士与同事发现不同大小的硫化镉颗粒可产生不同的颜色。这个工作对了解量子限域效应很有帮助，该效应解释了量子点大小和颜色之间的相互关系，也同时也为量子点的应用铺平了道路。 1997年以来，随着量子点制备技术的不断提高，量子点己越来越可能应用于生物学研究。1995年，AlivisatosI.Z.]和Nie两个研究小组首次将量子点作为生物荧光标记，并且应用于活细胞体系，他们解决了如何将量子点溶于水溶液，以及量子点如何通过表面的活性基团与生物大分子偶联的问题，由此掀起了量子点的研究热潮。

主要性质

(1)量子点的荧光寿命长。有机荧光染料的荧光寿命一般仅为几纳秒(这与很多生物样本的自发荧光衰减的时间相当）。而量子点的荧光寿命可持续数十纳秒（20ns一50ns)，这使得当光激发后，大多数的自发荧光已经衰变子点荧光仍然存在，此时即可得到无背景

干扰的荧光信号。

(2)生物相容性好。量子点经过各种化学修饰之后，可以进行特异性连接，其细胞毒性低，对生物体危害小，可进行生物活体标记和检测。

(3)量子点具有很好的光稳定性。量子点的荧光强度比最常用的有机荧光材料“罗丹明6G”高20倍，它的稳定性更是“罗丹明6G”的100倍以上。因此，量子点可以对标记的物体进行长时间的观察，这也为研究细胞中生物分子之间长期相互作用提供了有力的工具。

(4)量子点具有宽的激发谱和窄的发射谱。使用同一激发光源就可实现对不同粒径的量子点进行同步检测，因而可用于多色标记，极大地促进了荧光标记在中的应用。而传统的有机荧光染料的激发光波长范围较窄，不同荧光染料通常需要多种波长的激发光来激发，这给实际的研究工作带来了很多不便。此外，量子点具有窄而对称的荧光发射峰，且无拖尾，多色量子点同时使用时不容易出现光谱交叠。

(5)量子点的发射光谱可以通过改变量子点的尺寸大小来控制。通过改变量子点的尺寸和它的化学组成可以使其发射光谱覆盖整个可见光区。以CdTe量子为例，当它的粒径从2.5nm生长到4.0nm时，它们的发射波长可以从510nm红移到660nm。

总而言之，量子点具有激发光谱宽且连续分布，而发射光谱窄而对称，颜色可调，光化学稳定性高，荧光寿命长等优越的荧光特性，是一种理想的荧光探针。

在中国的发展

1 起步虽晚发展迅速

虽然中国量子点技术专利出现较晚，上世纪90年代末才开始起步，但至今10年间基本保持快速发展的趋势，每年专利量已经近百篇。可以看出，这与国家科技的支持是分不开的。

2 技术侧重点在材料方面

排名前十位的技术分类与世界专利基本相同，但顺序有所区别。与世界专利相比，最注重的都是量子点在半导体器件中的应用，但其比重不如世界专利。除此以外，最受关注的是量子点材料及其测试。说明我国量子点技术发展与国外有所区别，对材料方面关注度更高。

3 量子点技术主要掌握在高校和研究机构

从专利申请人看，没有占绝对优势的研究机构。上海交通大学专利数量最多，在前十名中，我国都是高校与研究所，没有一所企业，说明量子点技术主要掌握在研究机构，同时显示出我国的量子点技术离实际应用和产业化还有一定距离。

值得注意的是，韩国三星公司在我国申请了一定数量的量子点技术专利，说明他们对我国市场非常看重，已经开始了专利布局。

从下图看出，各机构技术优势突出。例如，上海交通大学的技术重点在量子点材料及其测试；中国科学院半导体研究所对量子点在半导体器件中的应用研究最多，占绝对优势。

4 地区实力差异明显

量子点技术主要分布在上海、北京、天津等城市，这是因为目前量子点专利技术主要掌握在高校和研究所手中，而研究实力较强的高校和研究所一般都处于这些相对发达地区。

5 国外重视在我国的布局

从中国专利申请的公开情况中可以发现，除我国自己外，还有多个国家在我国申请了专利，尤其技术领先国家美国、日本、韩国等。说明国外相关企业和研究机构已经开始重视我国的市场，我们在申请和实施中国专利时，要加倍谨慎。