生物电化学界面工程 || 量子点在生物电化学中的应用

摘要： 本章总结了量子点的结构、特性及合成工艺，并通过回顾其在生物传感技术中的潜在应用，介绍了最常见的电化学方法。利用量子点的独特特性已实现诸多具体应用，但其商业化程度有限、合成过程要求苛刻、多组分复杂样品分析及原位分析困难、缺乏真实样本验证等仍是其缺点。由于纳米晶体的氧化还原行为界定有限导致难以探测其氧化还原水平，基于量子点的生物传感器设计也较为复杂。因此，尽管已有大量关于量子点合成、特性和应用的文献，仍需对其氧化还原性质开展深入研究。通过数学模型可阐明系统参数间的相互作用。为解析模型方程，引入具有相同光谱和波函数的等效系统，这些形式须满足可解性条件。当横截面尺寸极小且能级较低时，三维量子点可通过常微分方程精确建模。为获得高精度的有效质量近似模型，量子点尺寸应控制在10-20纳米范围内。量子点系统的优化设计问题通常具有离散搜索空间并包含高度非线性项，因此选用传统优化方法求解并不适宜。这种情况下，采用遗传算法、差分进化算法和模拟退火等现代优化算法更为有效。通过将数学模型与优化近似方法结合应用于基于量子点的生物电化学系统，其性能将在不久的将来远超当前水平。