基于纳米材料的荧光共振能量转移技术及其应用

荧光分析法因其具有灵敏度高、选择性好、时间和空间分辨率高等优点而受到科研工作者青睐。荧光共振能量转移作为荧光分析中常用的方法，是一种均相分析检测技术，比常规荧光分析法操作简单、检测灵敏度高、重现性好、受瑞利散射影响小，已经在各个领域得到越来越广泛的应用。
然而在荧光共振能量转移技术中，作为能量供体的传统的荧光团如有机染料、荧光蛋白等存在光漂白、背景荧光干扰等严重问题，因而科学家们开发了一系列荧光性能好、抗光漂白、抗干扰能力强的新型纳米材料，如量子点、碳点、金属纳米簇、上转换纳米材料等用于荧光共振能量转移技术并取得了很大的进展。
本书共有5章内容，包括荧光共振能量转移、基于量子点的荧光共振能量转移技术及其应用、基于碳点的荧光共振能量转移技术及其应用、基于金属纳米簇的荧光共振能量转移技术及其应用、基于上转换纳米材料的荧光共振能量转移技术及其应用等。分别系统地介绍了新型纳米材料如量子点、碳点、金属纳米簇、上转换荧光纳米材料等作为能量供体的荧光共振能量转移技术及其应用，反映了新型纳米材料在荧光共振能量转移技术应用中的最新研究成果，并对未来的发展进行了展望。
本书立足于启发性和学术性，可供分析化学、纳米科学、材料科学、生物医学等领域或者相关交叉学科的科研人员、高校教师、研究生等参考使用。
限于作者水平和经验，书中可能存在某些不妥之处，恳请广大同行专家批评指正。

袁云霞
2020年8月于河南科技大学

本书系统介绍了荧光共振能量转移、基于量子点的荧光共振能量转移技术及其应用、基于碳点的荧光共振能量转移技术及其应用、基于金属纳米簇的荧光共振能量转移技术及其应用、基于上转换纳米材料的荧光共振能量转移技术及其应用等内容。书中系统介绍了新型纳米材料如量子点、碳点、金属纳米簇、上转换荧光纳米材料等作为能量供体的荧光共振能量转移技术及其应用，反映了新型纳米材料在荧光共振能量转移技术应用中的最新研究成果，并对未来发展进行了展望。
本书科学性、系统性和实用性较强，可供分析化学、纳米科学、材料科学、生物医学等领域或者相关交叉学科的科研人员、高校教师、研究生等参考使用。

第1章/001
荧光共振能量转移
1.1引言002
1.2荧光共振能量转移002
1.2.1FRET的基本原理003
1.2.2FRET能量转移效率004
1.3FRET能量供受体006
参考文献009

第2章/012
基于量子点的荧光共振能量转移技术及其应用
2.1引言013
2.2量子点的发光机理013
2.3量子点的光学性质016
2.3.1高摩尔吸光系数016
2.3.2宽激发光谱016
2.3.3窄发射光谱017
2.3.4荧光颜色可调017
2.3.5光学稳定性好018
2.3.6大比表面积019
2.3.7长荧光寿命019
2.4量子点合成方法020
2.4.1有机相合成量子点020
2.4.2水相合成量子点023
2.5量子点的水溶性修饰024
2.5.1表面包覆025
2.5.2配体交换027
2.6量子点FRET的应用032
2.6.1免疫分析032
2.6.2酶活性分析033
2.6.3核酸分析037
2.6.4FRET成像040
2.7展望046
参考文献047

第3章/060
基于碳点的荧光共振能量转移技术及其应用
3.1引言061
3.2碳点的性质062
3.2.1紫外-可见吸收特性063
3.2.2光致发光特性063
3.2.3上转换荧光特性065
3.2.4光稳定性065
3.2.5毒性066
3.3碳点的发光机理067
3.3.1量子效应067
3.3.2表面态068
3.3.3电子空穴和辐射重排理论070
3.4碳点的合成方法070
3.4.1自上而下法071
3.4.2自下而上法072
3.5碳点的表面功能化077
3.5.1共价偶联077
3.5.2非共价修饰080
3.6碳点FRET的应用083
3.6.1荧光分子为受体083
3.6.2二维过渡金属纳米材料为受体093
3.6.3金属纳米颗粒为受体096
3.6.4氧化石墨烯为受体099
3.6.5量子点为受体100
3.7展望102
参考文献103

第4章/117
基于金属纳米簇的荧光共振能量转移技术及其应用
4.1引言118
4.2金属纳米簇的性质119
4.2.1吸收特性120
4.2.2荧光特性122
4.2.3双光子吸收特性123
4.2.4电化学发光特性124
4.2.5溶剂变色特性125
4.2.6荧光寿命125
4.2.7荧光偏振特性126
4.3金属纳米簇的合成方法126
4.3.1化学刻蚀法128
4.3.2光还原法129
4.3.3电化学合成法130
4.3.4声化学合成法131
4.3.5微波辅助合成法132
4.3.6化学还原法132
4.4合成金属纳米簇常用的有机支架133
4.4.1硫醇133
4.4.2其他小分子135
4.4.3树枝状大分子135
4.4.4蛋白质和多肽136
4.4.5核酸137
4.4.6高分子聚合物139
4.5金属纳米簇FRET的应用140
4.5.1酶活性检测141
4.5.2核酸检测147
4.5.3小分子检测151
4.5.4离子检测154
4.6展望156
参考文献157

第5章/169
基于上转换纳米材料的荧光共振能量转移技术及其应用
5.1引言170
5.2UCNPs的发光机理171
5.2.1激发态吸收171
5.2.2能量转移上转换172
5.2.3光子雪崩172
5.3UCNPs的组成173
5.3.1基质174
5.3.2激活剂175
5.3.3敏化剂176
5.4UCNPs发光的调控178
5.4.1改变掺杂离子的类型和浓度178
5.4.2表面改性179
5.5UCNPs的合成方法181
5.5.1热分解法181
5.5.2水（溶剂）热法183
5.6UCNPs的表面功能化184
5.6.1二氧化硅包覆法184
5.6.2配体交换法185
5.6.3表面配体氧化法187
5.6.4两亲性分子修饰188
5.6.5层层组装法188
5.6.6直接修饰法189
5.7上转换荧光共振能量转移技术的提出190
5.8UC-FRET技术的应用192
5.8.1UC-FRET在核酸检测中的应用192
5.8.2UC-FRET在蛋白质和酶活性检测中的应用194
5.8.3UC-FRET在小分子检测中的应用197
5.8.4UC-FRET在离子检测中的应用199
5.9展望203
参考文献204