量子點(diǎn)(quantum dot)是在把激子在三個(gè)空間方向上束縛住的半導(dǎo)體。有時(shí)被稱為“人造原子”、“超晶格”、“超原子”或“量子點(diǎn)原子”，是20世紀(jì)90年代提出來的一個(gè)新概念。
量子點(diǎn)的主要性質(zhì)：
(1)量子點(diǎn)的發(fā)射光譜可以通過改變量子點(diǎn)的尺寸大小來控制。通過改變量子點(diǎn)的尺寸和它的化學(xué)組成可以使其發(fā)射光譜覆蓋整個(gè)可見光區(qū)。以CdTe量子為例，當(dāng)它的粒徑從2.5 nm生長到4.0 nm時(shí)，它們的發(fā)射波長可以從510 nm紅移到660 nm。而硅量子點(diǎn)等其他量子點(diǎn)的發(fā)光可以到近紅外區(qū)。
(2)量子點(diǎn)具有很好的光穩(wěn)定性。量子點(diǎn)的熒光強(qiáng)度比常用的有機(jī)熒光材料“羅丹明6G”高20倍，它的穩(wěn)定性更是“羅丹明6G”的100倍以上。因此，量子點(diǎn)可以對(duì)標(biāo)記的物體進(jìn)行長時(shí)間的觀察，這也為研究細(xì)胞中生物分子之間長期相互作用提供了有力的工具。一般來講，共價(jià)鍵型的量子點(diǎn)(如硅量子點(diǎn))比離子鍵型的量子點(diǎn)具有更好的光穩(wěn)定性。
(3)量子點(diǎn)具有寬的激發(fā)譜和窄的發(fā)射譜。使用同一激發(fā)光源就可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同粒徑的量子點(diǎn)進(jìn)行同步檢測(cè)，因而可用于多色標(biāo)記，極大地促進(jìn)了在熒光標(biāo)記中的應(yīng)用。而傳統(tǒng)的有機(jī)熒光染料的激發(fā)光波長范圍較窄，不同熒光染料通常需要多種波長的激發(fā)光來激發(fā)，這給實(shí)際的研究工作帶來了很多不便。此外，量子點(diǎn)具有窄而對(duì)稱的熒光發(fā)射峰，且無拖尾，多色量子點(diǎn)同時(shí)使用時(shí)不容易出現(xiàn)光譜交疊。
(4)量子點(diǎn)具有較大的斯托克斯位移。量子點(diǎn)不同于有機(jī)染料的另一光學(xué)性質(zhì)就是寬大的斯托克斯位移，這樣可以避免發(fā)射光譜與激發(fā)光譜的重疊，有利于熒光光譜信號(hào)的檢測(cè)。
(5)生物相容性好。量子點(diǎn)經(jīng)過各種化學(xué)修飾之后，可以進(jìn)行特異性連接，其細(xì)胞毒性低，對(duì)生物體危害小，可進(jìn)行生物活體標(biāo)記和檢測(cè)。在各種量子點(diǎn)中，硅量子點(diǎn)具有最佳的生物相容性。對(duì)于含鎘或鉛的量子點(diǎn)，有必要對(duì)其表面進(jìn)行包裹處理后再開展生物應(yīng)用。
(6)量子點(diǎn)的熒光壽命長。有機(jī)熒光染料的熒光壽命一般僅為幾納秒(這與很多生物樣本的自發(fā)熒光衰減的時(shí)間相當(dāng))。而具有直接帶隙的量子點(diǎn)的熒光壽命可持續(xù)數(shù)十納秒(20-50 ns)，具有準(zhǔn)直接帶隙的量子點(diǎn)如硅量子點(diǎn)的熒光壽命則可持續(xù)超過100μs。這樣在光激發(fā)情況下，大多數(shù)的自發(fā)熒光已經(jīng)衰變，而量子點(diǎn)的熒光仍然存在，此時(shí)即可得到無背景干擾的熒光信號(hào)。
