ZnO量子点因其宽禁带（3.37 eV）、高激子结合能（60 meV）和良好的生物相容性，成为荧光探针领域的材料。然而，单一荧光功能难以满足复杂应用场景需求，例如在体内深部组织成像中，荧光信号易受生物组织自发荧光干扰；在靶向Treatment 中，缺乏主动操控手段导致药物递送效率低下。通过引入磁性组分（如Fe₃O₄、CoFe₂O₄），构建磁性/荧光双功能ZnO量子点，可实现光学定位与磁靶向操控的协同增强，为环境监测等提供跨模态解决方案。

一、核壳结构设计：磁性-荧光协同的物理基础

1.1 磁性核的选择与优化

材料类型：根据应用场景选择磁性组分：铁氧体（Fe₃O₄、CoFe₂O₄）、金属合金（FePt、CoPt）、稀土掺杂（Gd³⁺:ZnO）。

尺寸控制：磁性核直径需<20 nm以维持超顺磁性（避免团聚），同时>5 nm以确保足够磁矩。

1.2 壳层材料与厚度调控

ZnO壳层：需定制厚度（3-10 nm）以实现：

荧光保护：防止磁性核表面金属离子（Fe²⁺/Fe³⁺）泄漏导致荧光猝灭；

量子限域效应：壳层厚度<5 nm时，ZnO量子点的激子束缚能增强，荧光量子产率（PLQY）提升。

中间隔离层：引入SiO₂（2-5 nm）或碳（1-2 nm）作为物理屏障，抑制磁核与ZnO壳层间的电子转移。

1.3 异质结构建

类型-I能带对齐：构建ZnO/CdS核壳结构，利用CdS窄带隙（2.4 eV）将ZnO激子限域在核内，实现发光波长从420 nm（紫外）红移至620 nm（红光），同时保持磁核的超顺磁性。

Janus结构：通过选择性沉积在磁性核一侧生长ZnO，形成不对称结构，增强光-磁耦合效率。

二、光学性能定制：从紫外到近红外的光谱调控

2.1 本征发光调控

尺寸效应：通过调控ZnO量子点直径，实现发光峰位从380 nm（紫外）到480 nm（蓝光）的连续可调（Δλ/Δd≈15 nm/nm）。

2.2 掺杂改性

金属掺杂：

Mn²⁺掺杂：在ZnO晶格中形成Mn²⁺-O²⁻电荷转移态，产生橙红色发光（600 nm），且掺杂后磁性核的矫顽力增加；

非金属掺杂：

N掺杂（3-8 at.%）：在ZnO价带顶引入N 2p能级，使发光波长扩展至520-580 nm（绿-黄光区），同时降低带隙。

2.3 上转换发光设计

稀土共掺：在ZnO中掺入Yb³⁺（20 at.%）/Er³⁺（2 at.%），利用980 nm近红外光激发，通过能量传递实现540 nm绿光发射，突破生物组织对紫外光的吸收限制。

三、表面功能化定制：生物相容性与靶向性的协同提升

3.1 生物相容性修饰

聚合物包覆：

PEG化：通过硅烷偶联剂（APTES）将PEG（MW 5000）接枝到量子点表面，使血液半衰期延长，同时降低补体激活率；

聚多巴胺（PDA）涂层：在pH 8.5的Tris缓冲液中自聚合形成PDA层（3 nm），赋予量子点光热转换能力（808 nm激光下产热效率达35%），同时增强细胞黏附。

3.2 靶向分子偶联

抗体修饰：通过EDC/NHS化学将抗EGFR抗体偶联到量子点表面，实现对特异性识别。

3.3 刺激响应性设计

pH响应：在量子点表面修饰聚(甲基丙烯酸)（PMAA），在pH 6.5环境下溶胀，释放负载药物；

光响应：通过点击化学将光敏剂（如Ce6）连接到量子点表面，在660 nm激光照射下产生活性氧（¹O₂）。

磁性/荧光双功能ZnO量子点的定制化设计需从核壳结构、光学性能、磁响应特性、表面功能化四大维度出发，通过材料选择、尺寸调控、掺杂改性及界面工程等手段实现多模态功能的协同优化。