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（1）利用二氧化硅作为金属纳米颗粒与荧光物质之间的隔层。常用的方法是在金属纳米颗粒表面覆盖一层二氧化硅，再将标记染料荧光物质的生物分子与二氧化硅键合 [25]；还可以利用核壳式的纳米颗粒，将二氧化硅包被在金属纳米颗粒的表面，再将荧光物质分别掺杂于二氧化硅内或者连于二氧化硅的表面。用这种方法时，金属纳米颗粒与荧光物质之间的距离通过二氧化硅的厚度进行调节。
（2）利用确定链长的DNA序列作为金属纳米颗粒与荧光物质之间的隔层。DNA的链长可以通过碱基对数目有效控制，所以它在控制距离方面有较大的优势。例如Ginger小组 [26]将银纳米颗粒与单链DNA化学结合，并与经荧光分子标记的互补单链DNA杂化，此时荧光分子与银纳米颗粒表面的距离是精确的DNA的链长，可以通过不同长度的DNA调节纳米颗粒之间的距离。Ray小组 [27]也做了许多这方面的研究，他将分别键合了银纳米颗粒的两个互补DNA序列杂化，形成了双体银纳米颗粒的结构，对连接在DNA链上的荧光分子的荧光强度增加了13倍。
（3）利用生物大分子作为金属纳米颗粒与荧光物质之间的隔层。Geddes小组 [28]
将吸附了染料靛青绿（ICG）的人血清蛋白分子与银纳米颗粒结合，结合后人血清蛋白在染料荧光分子与三角形银纳米颗粒之间形成了蛋白质单层结构，此结构增强了低荧光量子产率的染料靛青绿荧光强度16倍以上。
（4）利用多层膜结构作为金属纳米颗粒与荧光物质之间的隔层。Lakowicz小组 [29]利用LB膜技术将中性的双亲硬脂酸沉积于银岛膜与荧光物质之间，金属纳米颗粒与荧光物质之间的距离通过LB膜的层数来控制，LB膜技术不仅能精确控制膜的厚度，还能使荧光物质相对金属纳米颗粒的定向明确。该小组 [30]还利用聚苯乙烯磺酸盐和聚烯丙胺盐酸盐作为隔膜进行了类似的实验，聚电解质膜的厚度非常精确，结果表明当金属纳米颗粒与荧光物质之间距离为9 nm时，可获得6被的荧光强度增强；当距离增大到30 nm时，荧光增强倍数减小到1.5倍。
国内的主要一些研究才刚刚起步，具有很大的发展空间。国内也有研究者制备不同粒径的核壳式银纳米颗粒，可以显著地增强罗丹明6G的荧光强度，基于量子点的荧光增强体系也有许多研究者正在着手研究。
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1.2.6 等离子体共振以及金属增强荧光的应用
近些年来，随着荧光检测技术在生物检测以及医学诊断领域应用的越来越广泛，以等离子体共振为基础的金属增强荧光已经逐渐成为了生物检测中的一个重要工具，开始在很多方面得到应用，例如检测DNA内源荧光、制备生物探针、用于高效荧光共振能量转移、疾病检测等。
（1）金属增强荧光作用可用于检测DNA及其他生物分子的荧光。DNA分子的荧光量子产率一般在1×10-4以下，荧光寿命也较短。DNA分子荧光强度非常弱的原因是它的非辐射衰减率远远大于辐射衰减率。因此，将DNA分子置于金属纳米颗粒附近一定距离时，会大幅度地提升DNA分子的辐射衰减率，从而大大提高DNA分子的荧光量子产率。Lakowicz小组 [24]利用此方法将待测的DNA溶液置于两片银岛膜之间，使DNA的荧光强度增加了80倍，理论上进一步调整两银岛膜之间的距离，可以使DNA的荧光增加2000倍。实验结果也表明，DNA分子的荧光寿命大幅度缩短了。在实际应用中，该方法同样可以应用于RNA的检测。
（2）金属增强荧光应用于制备高荧光强度生物探针。在生物检测探针的制备中，会用到一些荧光染料，例如荧光素、罗丹明等，它们具有较高的吸光系数以及合适的荧光量子产率。在一般实验中，获得较高荧光强度的方法是直接增大荧光物质的用量。但是在利用荧光素作为荧光标记物时，大幅度增加用量不仅不会提高荧光探针的荧光强度，反而会降低它。这是由于荧光素的斯托克斯位移非常小，容易发生同种物质间的非辐射能量转移，导致自淬灭作用 [31]。在高荧光强度生物探针的制备中，荧光素的自淬灭作用限制了它的应用。但是利用金属增强荧光作用在避免荧光素自淬灭作用的同时，大幅度增加它的荧光强度，这对制备高荧光强度探针有很重要的意义 [32]。
（3）金属增强荧光作用应用于荧光共振能量转移[33]。由于生物免疫分析中常用的生物分子尺寸一般比较大，例如DNA链、蛋白质络合物、抗原抗体分子等，若使用这些生物分子时，给体-受体之间的距离超出合适的值，对于有机小分子给体-受体，难以发生荧光共振能量转移。利用金属纳米颗粒可以通过增加供体-受体对之间的极限距离使之成为可能。
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（4）金属增强荧光作用可以用于疾病检测。许多恶性疾病，例如癌症一般到了晚期才能被发现检测出来，所以如何能提高检测体系的灵敏度，在未出现病理变化之前就将其可疑特征检测出来是很关键的。利用金属纳米颗粒与荧光物质之间的荧光增强作用可以为该检测提供一条新的解决途径。Fu [13]小组利用化学还原法制备出笼状金纳米颗粒，粒径在30 nm左右，纳米颗粒的壁厚度在3 nm到5 nm之间，通过测量与计算表明，它的等离子体共振吸收峰值在800 nm以上，并且可以在该笼状金纳米颗粒中加入荧光物质纳米颗粒，实现多维的光学信号，在医学检测中用作成像以及对比材料。棒状金属纳米颗粒以及一些复合纳米颗粒都可以在连接上特异性的结合物质后，实现医学检测的目的。
金属纳米颗粒的荧光增强作用可以有效地提高荧光物质的荧光强度。在应用中，它可以有效得增加生物检测系统的信号强度，从而达到更细微的检测效果与目的。这对于金属纳米颗粒在科研中的应用以及以荧光为基础构建的检测平台都具有很大的意义。
1.3 量子点的简介
量子点一般是由重金属内核（如硒化镉、碲化镉等）和惰性硫化锌外壳以及包被有特定的不同活性分子专门的覆盖层组成，如图1.4。它许多特殊的性质使它在生物领域、化学领域、医学以及它们的一些交叉学科上有极大的应用潜力。
图1.4 量子点的结构
Fig. 1.4 The structure of QDs
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1.3.1 量子点的光学特性
量子点作为一种新型的纳米荧光材料，它与传统的荧光染料相比有着很多的优点，例如很宽的激发光谱、较窄且对称的发射光谱、荧光强度高、光稳定性强等优点。这些优点使量子点在现在的生物化学检测中得到了非常广泛的应用。它优秀的光学特性主要表现在如下的几个方面：
（1）激发光谱很宽。量子点具有很宽的激发光谱，所以可以做到利用单个的激发光光源对多种不同发射光的量子点同时激发。利用这个特点，可以把不同发射光谱的量子点分别连接上不同的靶向基团，从而分别去结合不同的靶向物质，这样就可以做到在单一的激发光下形成多种颜色的成像[34]。
（2）发射光颜色可调。对于同一组分的量子点，可以通过调节其粒径的大小，获得从蓝色到近红外一系列不同颜色的光，其波长范围几乎覆盖了整个可见光[34] 。因此，这使我们很方便地利用多种不同粒径的量子点在同一激发光的作用下产生多种光谱信号，为实现多通道的检测提供了条件 [35]。
（3）窄且对称的发射光谱。量子点具有非常窄并且对称的发射光谱，这一点可以保证在生物化学领域需要多通道检测的时候，不同的信号之间不会出现交叠的现象，从而使信号更加分明，提高了检测的灵敏度和效率 [36-39]。
（4）荧光量子产率高。由于量子点的结构中存在着多电子体系，所以它具有非常高的荧光量子产率，它在紫外可见光波段的吸收系数是普通的荧光物质的50倍
[35]
。由于这一优良的特性，当它被作用于生物体时，不会被生物体内部对光复杂的
吸收以及散射衰减很多，从而具有非常高的信噪比，为更精确的生物检测提供条件
[40-42]
。
（5）荧光发光稳定，发光寿命长。在生物检测中，对于某些应用以及反应，有
时候需要较长时间的观测与检验，这就需要量子点具有较长的发光时间 [43,44]。这一点在很多传统的荧光染料中无法实现，由于他们的发光寿命较短，例如罗丹明6G，量子点的抗光漂白能力要比它强约100倍 [36] 。传统的有机染料暴露在光源激发下数分钟就会发生明显的光漂白现象，而量子点在光源的激发下照射数小时，依然可以保持很强的光特性 [37] 。
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（6）便于与其他物质连接。量子点有非常好的表面可塑性，可以方便得对它表面修饰活性基团，例如巯基 [45,46]，羧基 [47]等等，便于与其他生物化学物质的连接。利用这个优点，可以利用量子点制备生物探针，使量子点与特定的靶向基团结合，然后将复合颗粒应用于生物体内，最终可以实现在体生物探针的作用 [48-50]。
除此之外，量子点的一些其他的生物化学特性也在引起着多方面科研工作者的关注。
1.3.2 量子点在生化实验中的应用
量子点刚刚问世的时候，由于荧光产率不高一直没有得到广泛的普及应用。随着制备技术的一步步完善，量子点的荧光量子产率得到了提高，并且人们对其基本理化性质也一步步地了解，逐渐掌握了量子点的一些应用方法与规律，之后将它应用于生物化学研究中的多个领域。
（1）生物检测中的荧光标记。量子点在生物检测中相比传统的荧光染料具有很多优点，例如具有很宽的激发波长带，这使得应用量子点时激发光的选择更加广泛，同时在多组检测的时候，可以利用同一激发光源来实现多种不同发射光的量子点同时激发 [51]；它还具有很窄并且对称的荧光发射峰，这使得量子点在生物检测中，信号之间不会发生交叠的现象[52]；它还具有很高的荧光量子产率，这使得它在生物检测中的信号强度非常强；它还具有良好的抗光漂白能力以及优秀的生物相容性[53]，这对于它应用于复杂的生物环境是一个很大的优势。
（2）量子点用于基因以及蛋白质编码[54-56]。近些年来，随着基因组学以及蛋白质组学的出现，人们需要一种新技术来筛选大量的蛋白质数据以及基因数据[57,58]。现在常用的识别DNA编码的方法是将能够识别基因片段的蛋白质酶结合在包含能够发射荧光的染料分子聚合物小球表面。当它和特定的基因片段结合后，这些含有荧光染料的小球在激发光的作用下会发荧光，从而识别基因片段。但是由于原有的荧光染料的荧光光谱较宽，因而在使用的时候很容易发生交叠，无法对很多不同的蛋白质酶进行标记编码。由于量子点的发射光谱由其粒径来确定，在发射荧光的时
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