TWI625377B - 反應系統及該反應系統的使用方法 - Google Patents

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Abstract

本發明涉及一種反應系統，包括至少一種添加劑和至少一種反應基質，用於增強化學反應、光電化學反應、光化學反應或電化學反應。該反應系統進一步包括至少一種反應物，與該至少一種添加劑和該至少一種反應基質該進行該化學反應、該光電化學反應、該光化學反應或該電化學反應。該至少一種添加劑是一種添加至該反應系統的反應增強劑，用於提高、增強或累積至少一種反應結果。

Description

反應系統及該反應系統的使用方法
本發明涉及一種反應系統和該反應系統的使用方法。更明確地，本發明涉及一種反應系統，該反應系統包括至少一種添加劑和至少一個反應基質，以及一種該反應系統的使用方法，用於增強化學反應、光電化學反應、光化學反應、電化學反應或其任一組合。
現行體外診斷技術中，螢光、冷光、光譜、光密度或顏色光學法中利用光作為檢測光源或訊號來源的典型應用。發光種類包含化學發光、生物體發光或光致發光。此外，比色法是標記物與特定試劑的顯色反應，可利用顏色傳感器或者光電二極體獲取顏色變化訊息或光的反射量，以有效的提高檢測的準確性。光譜吸收法是用於分析物質種類與含量的典型方法，在體外診斷中的生化分析儀就是使用這種經典的分析方法，對血清、尿液、腦脊液等的不同物質的含量進行分析。散射法通常被用在判斷顆粒物的大小和含量，同樣方法也可以用在分析細胞的大小和結構。然而，現行體外診斷技術中，若以光作為檢測光源或訊號來源者，常有訊號微弱或靈敏度不足的問題，造成無法快速並精確地獲得檢測結果，甚至出現偽陽性或偽陰性結果。
小分子抗癌藥物依作用機轉可分為Antimitotic agents(抗有絲分裂劑)、Alkylating agents(烷化劑)、DNA intercalating agents(DNA嵌入劑)、Topoisomerase inhibitor(拓璞異構酵素抑制劑)、DNA cleaving agents(DNA切割劑)及Antimetabolites agents(抗代謝劑)，其中部分藥物可產生自由基或超氧化 合物以攻擊癌細胞DNA，使癌細胞DNA形成錯誤結構或大量斷裂以致無法修復、合成與複製，進而治療癌症。然而，現有癌症治療藥物價格昂貴亦對人體負擔很大，且投藥後藥物於體內效用與分佈追蹤不易，亟待新型藥物的開發。
廢水處理多以物理、生物及化學的方法對生活污水以及工業廢水進行處理以分離水中的固體污染物並降低水中的有機污染物和富營養物，從而減輕污水對環境的污染。廢水處理通常包括一級、二級和三級處理。一級處理係將污水中的固體垃圾、油、沙、硬粗粒以及其他可沉澱的物質清除，整個過程純粹為機械運作。二級處理係將污水中的有機化合物分解為無機物。三級處理係進一步利用沙濾、活性碳或微生物清除毒素及重金屬等。分解廢物，尤以廢水處理向來為一大難題，包含一般廢水、工業廢水，甚至到油汙污染等均需有效及符合環保的技術。
傳統金屬半導體量子點，例如二氧化鈦(TiO2)量子點、硫化鎘(CdS)量子點，可在光照下產生電子電洞對或氧化還原對。傳統金屬半導體量子點亦可催化反應物，例如水、有機污染物或氨，進行氧化還原反應並進一步產生氫氣或達到除汙效果，並隨反應物的不同可解決能源或環境問題。此外，在上述光化學反應過程中，經常產生O2 ‧、OH‧、H2O2等自由基或過氧化物，可抑制腫瘤生長或細菌繁殖。而光所產生的電子電洞對再結合，又可釋放光子，進行光致發光反應，應用在偵測目標以協助診斷。
以二氧化鈦量子點為例，現有金屬半導體量子點有幾項缺點，(1)太陽能的應用上，其對太陽光的吸收範圍係紫外光波長190奈米至380奈米，此吸收能量僅佔太陽能的百分之四，且無法有效提升效率。(2)由於二氧化鈦量子點非常穩定，不容易進行表面修飾改變電子特性，故不利於生醫診斷治療的專一性標靶設計以及其他應用中相關元件開發。(3)治療應用上，由於紫外光對於皮膚穿透度非常差，以紫外光激發產生光化學反應於在人體內產生的自由 基濃度很低，對於抑制腫瘤生長或細菌繁殖的效果相當有限。(4)診斷應用上，二氧化鈦量子點非常穩定，在光照下產生的電子電洞對可以穩定存在二氧化鈦內，不易進行再結合放光，因此無法有效偵測目標，例如特定細胞、組織及微生物，以協助診斷。
再者，以另一常見的金屬半導體量子點，硫化鎘量子點為例，其缺點為(1)雖然其光吸收範圍擴增為190奈米至900奈米，但在光照下產生的電洞容易將硫化鎘量子點本身氧化而產生光腐蝕現象，使其無法穩定進行催化反應發生。(2)治療應用上，可用穿透力較強的紅光到近紅外光當成光源。然而產生自由基或過氧化物的效率非常低，以致於治療效果不彰。(3)鎘金屬的生物毒性非常高，不適合應用於生物活體內的診斷與治療。(4)當用於診斷時，由於硫化鎘量子點的親水性極差，需要經過繁瑣的表面改質才可以均勻分散於水中，使其製程複雜度升高、產率下降、成本提高，且影響其在水相溶液的穩定性，上述缺陷導致其不利於生醫應用。(5)硫化鎘量子點不易與生物分子接合，如抗體、蛋白質、核酸或脂質等，造成其專一性修飾的困難。硫化鎘量子點表面含有許多缺陷並造成能量損失，在光照下不易產生光致發光。
傳統金屬量子點的材料特性，包含吸光能力、光能轉換率、毒性與化學修飾，均具有先天上無法克服的障礙，導致其應用範圍受限。因此，有必要提供一種反應系統，其包含一種增強劑與一種反應基質，以及一種使用該反應系統進行化學反應，光電化學反應，光化學反應或電化學反應以解決習知技術中存在的問題的方法。
為解決上述問題，本發明提供一種反應系統及該反應系統的使用方法。
一種反應系統，用於增強化學反應、光電化學反應、光化學反應 或電化學反應或其任一組合，包括：至少一種添加劑，其中該至少一種添加劑為一種反應增強劑；以及至少一種反應基質。
在一實施例中，該反應系統進一步包括至少一種反應物，該至少一種反應物包括至少一種無機化合物、至少一種有機化合物、至少一種生物化合物、至少一種細胞、至少一種微生物、至少一種寄生蟲或其任一組合。
在一實施例中，該化學反應、該光電化學反應、該光化學反應或該電化學反應包括顏色變化、發光強度的變化、螢光強度的變化、光密度的變化、發光波長分佈變化、螢光波長分佈變化、光波長分佈變化、電流強度變化、電子響應、反應物含量減少、反應物活性改變、反應物化合物改質或反應物功能改變。
在一實施例中，該化學反應、該光電化學反應、該光化學反應、該電化學反應或其任一組合包含氧化還原反應、電致變色、電化學發光、光化學發光或光電化學發光。
在一實施例中，該化學反應、該光電化學反應、該光化學反應、該電化學反應或其任一組合可通過一種特異性介質，該一種特異性介質包含但不一定限制於過氧化氫(H2O2)，以間接方式進行。
在一實施例中，使用在該反應系統內的該至少一種添加劑在反應系統中的濃度在1×10-12體積/體積百分比(%v/v)至50體積/體積百分比(%v/v)或在1×10-15體積莫爾濃度(M)至10體積莫爾濃度(M)的範圍內。
在一實施例中，該至少一種添加劑包含營養物、維他命、鹼金屬鹽、鹼金屬緩衝液、有機化合物(包括雜環、大環(macrocycles)、含羥基、羰基或含氮有機物)、無機化合物或具有空的d或f或g軌域的過渡金屬離子與其化合物。
在一實施例中，該至少一種添加劑包括無血清RPMI、無血清 DMEM、無血清MEMα、無血清F12、無血清L15、無血清Hybri-Care、抗壞血酸、輔酶Q10、穀胱甘肽、蝦青素、胎牛血清、磷酸鹽緩衝液、多硫化物、葉綠素、卟啉、組織胺、甲醇、乙醇、乳酸、三羥乙基胺、硝酸銀、碘酸鈉、三價鐵離子、二價鐵離子、鈷離子、鎳離子、過錳酸鉀或其任一組合。
在一實施例中，使用在該反應系統內的該至少一種反應基質的濃度範圍為從1 x 10-15毫克/毫升(mg/mL)至500mg/mL。
在一實施例中，該至少一種反應基質包括至少一種非金屬半導體量子點。
在一實施例中，該至少一種非金屬半導體量子點包括石墨烯量子點或氧化石墨烯量子點。
在一實施例中，該至少一種非金屬半導體量子點進一步包括至少一種摻雜物。
在一實施例中，該至少一種摻雜物包括至少一種第IIA族元素，至少一種第IIIA族元素，至少一種第IVA族元素，至少一種第VA族元素，至少一種第VIA族元素，至少一種具有空的d或f或g軌道的過渡元素或其任一組合。
在一實施例中，該至少一種非金屬半導體量子點進一步包括至少一官能基團，其中該至少一官能基團位於該至少一種非金屬半導體量子點表面；該至少一官能基團位於該至少一種非金屬半導體量子點內；該至少一官能基團位於該至少一種非金屬半導體量子點表面及內部。
在一實施例中，該至少一官能基團包括一氫原子、至少一第IIIA族元素官能基團、至少一第IVA族元素官能基團、至少一第VA族元素官能基團、至少一第VIA族元素官能基團、至少一第VIIA族元素官能基團或其任一組合。
本發明還提供一種方法，包括提供至少一種添加劑，其中該至少一種添加劑為一種反應增強劑；提供至少一種反應基質；提供至少一種反應物；以及產生至少一種化學反應結果、至少一種光電反應結果、至少一種光化學反應結果、至少一種電化學反應結果或其任一組合。
在一實施例中，該方法進一步包括在產生該至少一種化學反應結果、該至少一種光電反應結果、該至少一種光化學反應結果、該至少一種電化學反應結果或其任一組合之前，提供至少一種預定的能量至該反應系統。
在一實施例中，該至少一種化學反應結果、該至少一種光電反應結果、該至少一種光化學反應結果、該至少一種電化學反應結果或其任一組合包含氧化還原反應、電致變色、電化學發光、光化學發光或光電化學發光。
在一實施例中，該至少一種化學反應結果、該至少一種光電反應結果、該至少一種光化學反應結果、該至少一種電化學反應結果或其任一組合可通過一種特異性介質，該一種特異性介質包含但不一定限制於過氧化氫(H2O2)，以間接方式產生。
在一實施例中，使用在該反應系統內的該至少一種添加劑的濃度範圍為濃度在約1×10-12體積/體積百分比(% v/v)至約50體積/體積百分比(% v/v)或在1×10-15體積莫爾濃度(M)至10體積莫爾濃度(M)的範圍內。
在一實施例中，該至少一種添加劑包括營養物、維他命、鹼金屬鹽、鹼金屬緩衝液、有機化合物(包括雜環、大環(macrocycles)、含羥基、羰基或含氮有機物)、無機化合物或具有空的d或f或g軌域的過渡金屬離子與其化合物。
在一實施例中，該至少一種添加劑包括無血清RPMI、無血清DMEM、無血清MEMα、無血清F12、無血清L15、無血清Hybri-Care、抗壞血酸、輔酶Q10、穀胱甘肽、蝦青素、胎牛血清、磷酸鹽緩衝液、多硫化物、葉綠 素、卟啉、組織胺、甲醇、乙醇、乳酸、三羥乙基胺、硝酸銀、碘酸鈉、三價鐵離子、二價鐵離子、鈷離子、鎳離子、過錳酸鉀或其任一組合。
在一實施例中，使用在該反應系統內的該至少一種反應基質的濃度範圍為從1 x 10-15毫克/毫升(mg/mL)至500mg/mL。
在一實施例中，該至少一種反應基質包括至少一種非金屬半導體量子點。
在一實施例中，該至少一種反應物包括至少一種無機化合物、至少一種有機化合物、至少一種生物化合物、至少一種細胞、至少一種微生物、至少一種寄生蟲或其任一組合。
在一實施例中，該至少一種非金屬半導體量子點包括石墨烯量子點或氧化石墨烯量子點。
在一實施例中，該至少一種非金屬半導體量子點進一步包括至少一種摻雜物。
在一實施例中，該至少一種摻雜物包括至少一種第IIA族元素，至少一種第IIIA族元素，至少一種第IVA族元素，至少一種第VA族元素，至少一種第VIA族元素，至少一種具有空的d或f或g軌道的過渡元素或其任一組合。
在一實施例中，該至少一種非金屬半導體量子點進一步包括至少一官能基團，其中該至少一官能基團位於該至少一種非金屬半導體量子點表面；該至少一官能基團位於該至少一種非金屬半導體量子點內；該至少一官能基團位於該至少一種非金屬半導體量子點表面及內部。
在一實施例中，該至少一官能基團包括一氫原子、至少一第IIIA族元素官能基團、至少一第IVA族元素官能基團、至少一第VA族元素官能基團、至少一第VIA族元素官能基團、至少一第VIIA族元素官能基團或其任一組 合。
在一實施例中，該至少一種預定的能量包括輻射能量、熱能、電能、磁能或機械能。
在一實施例中，該化學反應結果、該光電化學反應結果、該光化學反應結果或該電化學反應結果包括顏色變化、發光強度的變化、螢光強度的變化、光密度的變化、發光波長分佈變化、螢光波長分佈變化、光波長分佈變化、電流強度變化、電子響應、反應物含量減少、反應物活性改變、反應物化合物改質或反應物功能改變。
在一實施例中，該光電化學反應結果包括光致發光變化或光伏反應變化。
在一實施例中，該光化學反應結果包括光催化反應的變化。
與先前技術相比，本發明提供一種反應系統和使用該反應系統的方法，通過該反應系統內的添加劑和反應基質，可增強化學反應、光電化學反應、光化學反應或電化學反應，提高該化學反應、該光電化學反應、該光化學反應或該電化學反應的變化，利於反應結果的應用(如檢測、實施)。
本發明將可由以下之敘述配合附圖被更佳地理解，其中：圖1為在一光補充下，台盼藍(trypan blue，TB)化學反應在不具有或具有氧化石墨烯量子點(GOQD)，或在不具有或具有增強劑(三乙醇胺(triethanolamine，TEOA))，或具有該三乙醇胺和該氧化石墨烯量子點(GOQD)下光密度的變化。
圖2為在一光補充下，溶於Milli-Q超純水(MQ)的Amplex®紅色試劑的反應系統在不具有或具有氧化石墨烯量子點(GOQD)，或在不具有或具有增強劑(無血清RPMI(SF RPMI))，或具有該無血清RPMI和該氧化石墨烯量子點(GOQD)下 螢光強度的變化。
圖3為在一光補充下，溶於Milli-Q超純水(MQ)的一螢光素前軀物的反應系統在不具有或具有氧化石墨烯量子點(GOQD)，或在不具有或具有增強劑(無血清RPMI(SF RPMI))，或具有該無血清RPMI和該氧化石墨烯量子點(GOQD)下化學發光強度的變化。
圖4為圖2中反應系統的一特定的特異介質-過氧化氫(H2O2)的濃度的變化。
圖5為圖2中反應系統的線性統計結果，其與在該反應系統中氧化石墨烯量子點(GOQD)的濃度具有良好的相關性。
圖6為在一光補充10分鐘下(L 10min)，超純水在具有一增強劑(三乙醇胺(triethanolamine，TEOA))和不同濃度之氧化石墨烯量子點(GOQD)下，一特定的特異介質-過氧化氫(H2O2)的濃度的變化。
圖7為在一光補充下，超純水在具有一不同濃度之增強劑(尿素(Urea))和氧化石墨烯量子點(GOQD)下，一特定的特異介質-過氧化氫(H2O2)的濃度的變化。
圖8為在一光補充10分鐘下(L 10min)，超純水在具有一增強劑(抗壞血酸(ascorbic acid，AA))和不同濃度之氧化石墨烯量子點(GOQD)下，一特定的特異介質-過氧化氫(H2O2)的濃度的變化。
圖9為在一光補充下10分鐘下(L 10min)，超純水在具有一不同濃度之增強劑(輔酶Q10(co-enzyme Q10，Q10))和氧化石墨烯量子點(GOQD)下，一特定的特異介質-過氧化氫(H2O2)的濃度的變化。
圖10為在一光補充下10分鐘下(L 10min)，超純水在具有一不同濃度之增強劑(蝦青素(astaxanthin，A))和氧化石墨烯量子點(GOQD)下，一特定的特異介質-過氧化氫(H2O2)的濃度的變化。
圖11為在沒有光的補充下(NL)或一光補充下10分鐘下(L 10min)，超純 水在具有或不具有氧化石墨烯量子點(GOQD)下，或在具有或不具有一增強劑(磷酸鹽緩衝液(phosphate-buffered saline，PBS))，或在具有該氧化石墨烯量子點(GOQD)與該磷酸鹽緩衝液下，一特定的特異介質-過氧化氫(H2O2)的濃度的變化。
圖12為在一光補充下10分鐘下，Milli-Q超純水(MQ)在具有或不具有氧化石墨烯量子點(GOQD)下，或在具有或不具有一增強劑(過氧化錳(KMnO4))，或具有該氧化石墨烯量子點(GOQD)與該過氧化錳下，一特定的特異介質-過氧化氫(H2O2)的濃度的變化。
圖13為在沒有光的補充下(NL)或一光補充下10分鐘下(L 10min)，在具有或不具有氧化石墨烯量子點(GOQD)下，或在具有或不具有一增強劑(三乙醇胺(triethanolamine，TEOA))下，或具有該氧化石墨烯量子點(GOQD)與該三乙醇胺下，肺癌細胞的細胞存活率(%)的變化。
圖14為在沒有光的補充下(NL)或一光補充下10分鐘下(L 10min)，在具有或不具有氧化石墨烯量子點(GOQD)下，或在具有或不具有一增強劑(抗壞血酸(ascorbic acid，AA))，或具有該氧化石墨烯量子點(GOQD)與該抗壞血酸下，肺癌細胞的細胞存活率(%)的變化。
圖15為在沒有光的補充下，超純水在具有一增強劑(抗壞血酸(ascorbic acid，AA))和不同濃度之氧化石墨烯量子點(GOQD)下，一特定的特異介質-過氧化氫(H2O2)的濃度的變化。
圖16為在沒有光的補充下(NL)或一光補充下10分鐘下(L 10min)，Milli-Q超純水(MQ)在具有或不具有氧化石墨烯量子點(GOQD)下，或在具有或不具有一增強劑(抗壞血酸(ascorbic acid，AA))下，或具有該氧化石墨烯量子點(GOQD)與該抗壞血酸下，一特定的特異介質-過氧化氫(H2O2)的濃度的變化。
圖17為在沒有光的補充下(NL)或一光補充下10分鐘下(L 10min)，在具 有或不具有氧化石墨烯量子點(GOQD)下，或在具有或不具有一高劑量增強劑(抗壞血酸(ascorbic acid，AA))下，或具有該氧化石墨烯量子點(GOQD)與該抗壞血酸下，肺癌細胞的細胞存活率(%)的變化。
圖18為在沒有光的補充下(NL)或一光補充下10分鐘下(L 10min)，在具有或不具有氧化石墨烯量子點(GOQD)下，或在具有或不具有一增強劑(抗壞血酸(ascorbic acid，AA))下，或具有該氧化石墨烯量子點(GOQD)與該抗壞血酸下，大腸癌細胞的細胞存活率(%)的變化。
圖19為在一電及光補充下，超純水在具有氧化石墨烯量子點(GOQD)及具有一增強劑(三乙醇胺(triethanolamine，TEOA))下，電流強度的變化。
所提供的是簡單而清楚的闡述，其中合適而又具有參考性的標示在不同的圖中被重複來證明相關的或類似的元件。另外，很多特定的細節被提出是為了提供深入理解該處所描述的實施例。但是，值得理解的是實施例中所描述的本領域的習知常識沒有具體細節。在其它例子中，方法，程式和元件沒有具體地被描述從而沒有掩蓋被描述的相關的形式。圖形不一定按照比例以及一些部分的比例沒有被誇大到更好地闡述細節和形式。本發明不受所描述的具體實施例的範圍的限制。
應用於本發明的一些定義將在此處說明。
術語“耦合”被定義為連接，不論是直接或間接穿過介於中間的元件，以及不限於物理連接。該連接可以為物體的永久性地或可釋放地連接。術語“外面”指的是超過一物體最外面的範圍的一區域。術語“裡面”指的是在一物體的最外面區域以內的一區域。術語“表面”在本發明中指的是一材料層組成的外面部分或最上層。術語“包括”，當被使用時，意味著“包含，但不一定限制於此”；它特指開放式包含或資格在所描述的組合、群體、系列以 及類似物內。術語“提供”指的是供給需要的或希望的東西。術語“應用”指的是應用或適合於一特殊的使用，或放入一行動中。
術語“變化”在本發明中指的是條件、數量或水準上的變化或不同，或者不同於一標準或慣例的行為、過程或結果。術語“光電化學”相關於或者指定一電化學電池或反應，其中該電極電位或電流流向取決於非金屬量子點半導體本身特性，電流強度變化取決於照明的程度。術語“光化學”是涉及光的化學效應的化學分支。一般來說，該術語被用來描來描述離子輻射、紫外線、可見光或紅外線照射吸收引起的化學反應。術語“電化學”是研究電和可辨認的化學變化之間的關係的物理化學的分支，其中電被認為是特定的化學變化的結果，反之亦然。這些反應涉及電荷在電極與電解質之間移動。因此電化學解決電能與化學變化之間的相互作用。術語“光致發光”為來自任何一種物質在吸收紅外線、可見光或紫外線後產生的發光。術語“光伏”指的是當暴露於輻射能，尤其是光，產生一電壓。術語“光催化”指的是通過光或其它電磁輻射的化學反應速率的變化。術語“添加劑”在本發明中指的是一物質添加至另一反應系統中，以改善、增強或相反的方式改變該反應系統。術語“增強劑”在本發明中指的是一物質添加至反應系統，以改善、增強或累計該反應結果的效果。術語“反應物”在本發明中指的是在反應系統中反應的材料或物質。術語“生物化合物”為一種由一或多部分或元素組成的生物材料或生物物質。術語“元素”在本發明中指的是由原子組成的物質，該原子的每一原子核中具有相同數量的質子。這些元素不能通過正常的化學方法變成更簡單的物質。術語“軌域”，也可以稱為電子軌道，其被描述為在一原子中一個或一對電子的波浪式的行為的數學函數。這個功能可以被用來計算圍繞原子的原子核的任一特定的區域找到該原子的任一電子的概率。該電子軌道也可以指的是可以計算出存在電子的物理區域或空間。術語“摻雜”或“摻雜物”在本發明中指的是用 來改善一半導體的性能的添加物。該摻雜物是故意引入雜質進入一純半導體，為了調製其電性能。術語“官能基團”在本發明中指的是一個原子或一組原子。具體地，該官能基團是在分子內的特殊的原子或化學鍵的組合或基團，可以用於表示這些分子的化學反應特性。術語“施予”或“施加”在本發明中指的是給出或提供東西至一物體或一反應，比如一光補充。
石墨烯為一平面單層，其由緊密地裝入二維的蜂巢晶格的具有sp2鍵的碳原子組成。由於石墨烯在2004年首次使用膠帶剝離法製造出單層石墨烯，因此吸引了研究界的極大興趣。石墨烯顯示出許多非凡的物理性質，比如高度的光學透明度，理論上較大的比表面積，在室溫下的高電荷載流子遷移率，以及超高的電子傳導率。這些特性使得石墨烯成為場效電晶體，用於太陽能電池的導電電極，超級電容器和鋰離子電池等廣泛應用的的候選者。這些特性可歸因於石墨烯是零隙半導體和原子級薄單層的事實。
氧化石墨烯(Graphene oxide，GO)，僅由碳，氧和氫製成的聚合物狀石墨半導體，具有大的暴露面積，並且可以在分子尺度上廣泛地分散在水中。該氧化石墨烯(GO)是石墨烯和石墨之間的中間狀態。但是不像石墨，氧化石墨烯(GO)像具有褶皺的紙一樣容易在水溶液中剝落和分散，因為其官能性氧基團是親水的。氧化石墨烯(GO)的結構和電子性質在於在石墨烯上形成的氧鍵結的組成而改變。因為氧原子具有比碳原子更大的電負度，所以氧化石墨烯(GO)變成p摻雜材料，其中電荷流產生帶負電的氧原子和帶正電荷的碳網格。氧化石墨烯(GO)能帶隙隨著氧化程度的增加而增加。完全被氧化的氧化石墨烯(GO)是一絕緣體，與分別是半導體和導體的部分氧化的氧化石墨烯(GO)和石墨烯相反。因此，根據應用，氧化石墨烯(GO)的氧化程度可用於調節電子特性。據報導，氧化石墨烯(GO)具有一些獨特的光學性質，例如光致發光(photoluminescence，PL)/螢光(fluorescence，FL)和電化學發光(electrochemiluminescence，ECL)。 此外，氧化石墨烯(GO)是製備石墨烯的最重要的前軀物，其由於低質密度，優異的導電性和高比表面積而廣泛應用於各式領域。
本發明涉及包括至少一種添加劑和至少一種反應基質的反應系統及其使用方法，以產生至少一種化學反應結果，至少一種光電化學反應結果，至少一種光化學反應結果，至少一種電化學反應結果或其任一組合。該反應系統還包括至少一種反應物，其與至少一種添加劑和至少一種反應基質進行該化學反應，該光電化學反應，該光化學反應或該電化學反應。
該至少一種添加劑是一種反應增強劑，該反應增強劑的引入係基於由非金屬半導體量子點包圍的導帶和價帶的氧化還原勢。該反應增強劑包括營養物、維他命、鹼金屬鹽、鹼金屬緩衝液、有機化合物、無機化合物、具有空的d、f或g軌域的過渡金屬離子或其任一組合。該反應增強劑進一步包括無血清RPMI、無血清DMEM、無血清MEMα、無血清F12、無血清L15、無血清Hybri-Care、抗壞血酸、輔酶Q10、穀胱甘肽、蝦青素、胎牛血清、磷酸鹽緩衝液、多硫化物、葉綠素、卟啉、組織胺、甲醇、乙醇、乳酸、三羥乙基胺、硝酸銀、碘酸鈉、三價鐵離子、二價鐵離子、過錳酸鉀、鈷離子、鎳離子或其任一組合。該反應增強劑可以改善、增強或累積化學反應的變化、光電化學反應的變化、光化學反應的變化或電化學反應的變化。該反應增強劑可以以濃度範圍大約為1×10-12體積/體積百分比(% v/v)至50體積/體積百分比(% v/v)或在1×10-15體積莫爾濃度(M)至10體積莫爾濃度(M)的範圍添加至該反應系統中。
該無血清RPMI、該無血清DMEM、該無血清MEMα、該無血清F12、該無血清L15或該無血清Hybri-Care是一種無血清培養基。該無血清培養基是一種不含胎牛血清的普通培養基。該無血清RPMI是不含胎牛血清的RPMI培養基，其由摩爾等人在羅茲韋爾公園紀念研究所(Roswell Park Memorial Institute)開發，因此首字母縮略詞RPMI。RPMI培養基製劑基於利用碳酸氫鹽緩衝系統和 氨基酸和維生素量的改變。該無血清DMEM是不含有胎牛血清的杜爾貝科改良伊格爾培養基(DMEM)。該DMEM是伊格爾基礎培養基(BME)的修飾，其含有四倍高濃度的氨基酸和維生素，以及額外的補充成分。該無血清MEMα是不含胎牛血清的最小必需培養基α(Minimum Essential Medium alpha，MEMα)修飾培養基。該MEMα是所有合成細胞培養基中最廣泛使用的培養基之一。該無血清F12是沒有胎牛血清的營養混合物Ham's F-12培養基(F-12)。該F-12具有較高水準的氨基酸，維生素和微量元素。該F-12最初設計用於中國倉鼠卵巢(CHO)細胞和肺細胞的無血清生長。該無血清L15是無胎牛血清的Leibovitz L-15培養基(L15)。該L15係以鹽類、遊離鹼性氨基酸和半乳糖等補充物作為緩衝，因此該L15可以在與大氣的自由氣體交換的條件下使用。無血清Hybri-Care是沒有胎牛血清的HybriCare Medium(ATCC® 46XTM)(Hybri-Care)。該Hybri-Care是配製用於支持雜交瘤和特殊細胞株生長的特殊培養基。4-(2-羥乙基)-1-呱嗪乙磺酸(HEPES)和添加的碳酸氫鈉(NaHCO3)的緩衝系統使得Hybri-Care可用于從融合到克隆(clone)的雜交瘤生產的所有階段，包括單細胞亞克隆株。該胎牛血清(fetal bovine serum，FBS)係血液凝固並以離心方式去除多餘的細胞後，剩餘的部份。該胎牛血清一般係自屠宰場收集牛胎兒抽取的血液。
該抗壞血酸，也稱為維生素C，是在食物中發現的維生素，並且用作膳食補充劑。該輔酶Q10，也稱為泛醌或泛癸利酮，有時縮寫為CoQ10、CoQ或Q10，是在大多數動物體內普遍存在的輔酶。輔酶Q10是1,4-苯醌，其中Q是指醌化學基團，10是指異戊二烯基化學亞基的數目。該穀胱甘肽(glutathione)是植物、動物、真菌、一些細菌或古細菌中的重要抗氧化劑。該穀胱甘肽能夠防止由活性氧化物例如自由基、過氧化物、脂質過氧化物或重金屬引起的對重要細胞組分的損害。該蝦青素是一種酮-類胡蘿蔔素。該蝦青素存在於微藻，酵母，鮭魚，鱒魚，磷蝦，蝦，小龍蝦，甲殼類動物和一些鳥類的羽毛中。該蝦青素 提供鮭魚肉的紅色和熟貝類的紅色。該蝦青素是一種抗氧化劑，在一些模型系統中具有比其它類胡蘿蔔素略低的抗氧化活性。該磷酸鹽緩衝液(PBS)是生物研究中常用的緩衝溶液。該磷酸鹽緩衝液是含有磷酸氫二鈉、氯化鈉或氯化鉀和磷酸二氫鉀的水性鹽類溶液。該磷酸鹽緩衝液的莫耳滲透壓濃度和離子濃度與人體滲透壓相符(等滲)。該多硫化物，硫化鈉與亞硫酸鈉的混和物，表現出對電洞清除強力的還原能力。
該甲醇係化學式CH3OH(MeOH)的化學物。該乙醇係化學式C2H5OH(EtOH)的化學物。該乳酸係化學式C3H6O3的化學物。該三乙醇胺(通常縮寫為TEA或TEOA)是黏性有機鹼，其是叔胺亦是三醇。
該硝酸銀是具有化學式AgNO3的無機化合物，該硝酸銀是許多其它銀化合物的通用前軀物。該碘酸鈉是碘酸的鈉鹽，該碘酸鈉是一種氧化劑，因此它可能在與可燃材料或還原劑接觸時起火。
該三價鐵離子是氧化價為+3的鐵，也稱為鐵(III)或Fe3+，通常是空氣中最穩定的鐵存在形式。該二價鐵離子是氧化價為+2的鐵，並可作為一還原劑。該過錳酸鉀係化學式為KMnO4的化學物，是為一種包含鉀離子與過錳酸離子的鹽類，是為一種強氧化劑。
該至少一種反應基質包括至少一種非金屬半導體量子點。該至少一種反應基質以約1×10-15毫克/毫升(mg/mL)至500mg/mL的濃度範圍加入到該反應系統中。本發明中的至少一種非金屬半導體量子點的粒子大小範圍為約0.34奈米(nm)至約100nm，例如0.34nm，0.5nm，1nm，3nm，5nm，10nm，15nm，20nm，25nm，30nm，35nm，40nm，45nm，50nm，55nm或60nm。該至少一種非金屬半導體量子點可以由包括碳基材料或矽基材料的第IVA族元素構成。優選地，碳基材料係石墨烯或氧化石墨烯。該至少一種非金屬半導體量子點包括石墨烯量子點或氧化石墨烯量子點。另外，該至少一種非金屬半導 體量子點的形狀通常呈球形、柱形或盤形。該氧化石墨烯量子點優選呈現具有約0.34nm至約20nm，例如0.34nm，0.5nm，1nm，3nm，5nm，10nm，15nm或20nm的厚度範圍的盤狀結構。
該石墨烯量子點(GQD)為單層到數十層的石墨烯。由於GQD的特殊性質，如低毒性、穩定的光致發光、化學穩定性和顯著的量子限制效應，GQD被認為是一種用於生物，光電子，能源或環境應用的新材料。GQD因其量子限制效應和邊緣效應誘發的獨特的光學、電子、自旋和光電性能而成為先進的多功能材料。GQD在生物成像、癌症治療、溫度感測、藥物遞送、LED光轉換器、光電檢測器、太陽能電池、螢光材料或生物感測器製造中具有各種重要應用。
該氧化石墨烯量子點(GOQD)，GOQD亦含有與GQD相似的上述特性及功能，且其具有高載流子傳輸遷移率的sp2域，以及與邊緣位點處和基面位上的含氧官能基團結合的無序sp3雜化碳原子。
大多數石墨烯量子點(GQD)在UV激發下可發出藍光，但這嚴重限制了其應用範圍。該氧化石墨烯量子點(GOQD)具有能發出其它顏色的能力是非常需要的，特別是對於需要白光的儀器的開發。
目前已經有許多用於合成至少一種非金屬半導體量子點的方法，包括top-down法或bottom-up法。該top-down法包括微波法、化學氧化法、回流法、水熱法、溶劑熱法、電化學法、超聲波法或電漿法等。該bottom-up法包括微波法、水熱法、熱解法、逐步法、化學氣相沉積法或自組裝法。
至少一種非金屬半導體量子點可以包括至少一種摻雜物。摻雜方法包括電化學法、電弧放電法、水熱法、煆燒改質法、Hummer法、修改後的Hummer法或氨催化脫水法。該至少一種摻雜物可以包括至少一種第IIA族元素、至少一種第IIIA族元素、至少一種第IVA族元素、至少一種第VA族元素、至少一種第VIA 族元素、至少一種具有空d軌域的過渡元素或其任何組合。該至少一種摻雜物可以優選包括鎂、氧、氮、磷、硼、鐵、鈷或鎳元素。該至少一種摻雜物可以以約0莫耳百分比(mol%)至約50mol%的摻雜比率摻雜在該至少一種非金屬半導體量子中。
該至少一種非金屬半導體量子點還包括該至少一官能基團。該至少一種非金屬半導體量子點可以用該至少一官能基團以約0mol%至約50mol%的比率官能化。該至少一種官能基團可以包含至少一氫原子，至少一第IIIA元素官能基團，至少一第IVA元素官能基團，至少一第VA元素官能基團，至少一第VIA元素官能基團、至少一第VIIA元素官能基團或其任何組合。該至少一官能基團可優選包含氨基(NH2-)、亞磷酸酯基(-PO3)、羰基(-CO)、羧基(-COOH)、醯基、硼原子(B-)、氫原子(H-)、羥基(-OH)、氮原子(N-)、氧原子(O-)、硫原子(S-)、磷原子(P-)或其任一組合。
至少一種反應物可以包含至少一種無機化合物、至少一種有機化合物、至少一種生物化合物、至少一種細胞、至少一種微生物、至少一種寄生蟲或其任一組合。該至少一種生物化合物可以包括核苷酸、DNA、RNA、脂質、氨基酸、勝肽、糖或其任一組合。該至少一種細胞可以進一步包含至少一種細胞衍生的組分，包括細胞器，細胞外囊泡或包涵體。
至少一種預定能量可被提供與該反應系統以誘導、產生、加強或增加該反應。該至少一種預定能量包括輻射能、熱能、電能、磁能或機械能。該輻射能在1pm至1600nm的波長範圍內施用，或其任一組合；該輻射能優選在1pm至1nm(離子輻射)、10nm至400nm(紫外光)與特別是400nm至1000nm(可見光至紅外光)的波長範圍內施用。該輻射能以約1 x 10-6μW/cm2至約100W/cm2的功率範圍施用；該輻射能優選地以約10毫瓦特每平方釐米(μW/cm2)至約5瓦特每平方釐米(W/cm2)的功率範圍施用。該熱能以約1 x 10-6μW/cm2至 約100W/cm2的功率範圍施用；該熱能優選地以約10μW/cm2至約5W/cm2的功率範圍施用。該電能以約0.0001伏特至約500伏特的電勢範圍內施用；該電能優選地以約0.1伏特至約5伏特的電勢範圍內施用。此外，該電能以約1 x 10-15安培每平方釐米(A/cm2)至約100A/cm2的電流強度範圍內施用；該電能優選地以約1 x 10-12A/cm2至約10A/cm2的電流強度範圍內施用。該磁能以約1 x 10-6μW/cm2至約100W/cm2功率範圍內施用；該磁能優選地以約10μW/cm2至5W/cm2的功率範圍內施用。該機械優選為超聲波能。該機械能以約1 x 10-6μW/cm2至約100W/cm2功率範圍內施用；該機械能優選地以約10μW/cm2至5W/cm2的功率範圍內施用。
該反應系統用於增強化學反應、光電化學反應、光化學反應、電化學反應或其任一組合。該光電化學反應進一步包括光致發光反應的變化或光伏反應的變化。該光化學反應進一步包括光催化反應的變化。
該化學反應、該光電化學反應、該光化學反應、該電化學反應或其任一組合可產生氧化還原反應、電致變色，電化學發光，光化學發光或光電化學發光。
該化學反應，該光電化學反應，該光化學反應、該電化學反應或其任一組合，可以在具有或不具有與非金屬半導體量子點形成組合物的一增強劑的情況下產生。若該非金屬半導體量子點與該增強劑形成組合物情況下，可增強至少一種包括顏色變化、發光強度變化、螢光強度變化、光密度變化、發光波長分佈變化、螢光波長分佈變化、光波長分佈變化、電流強度變化、電子響應、反應物含量改變、反應物活性改變、反應物化合物改質或反應物活性改變的結果。
於該反應系統中所發生的該顏色變化、該發光強度變化、該螢光強度變化、該光密度變化、該發光波長分佈變化、該螢光波長分佈變化、該光波長 分佈變化，該電流強度變化、該電子響應、該反應物含量改變、該反應物活性改變、該反應物化合物改質或該反應物活性改變可用於定性、半量化或量化該非金屬半導體量子點、與該非金屬半導體量子點以直接或間接方式相互作用且作為目標分子的反應物或與該非金屬半導體量子點共軛結合的目標分子，其中共軛結合是以但不限於共價鍵、酯鍵、勝肽鍵或硫酯鍵。這些還可以用於定量、半定量或定性目標分子的存在，其可以與非金屬半導體量子點共軛的分子相互作用，用於檢測目標分子。這些也可以用於定量、半定量或定性非金屬半導體量子點的“反應性”、“非反應性”或“反應性/非反應性的比例”，因此可用於與非金屬半導體量子點直接反應或間接地通過特異性介質反應的目標分子的存在進行定量，半定量或定性。
於該反應系統中的該顏色變化、該發光強度變化、該螢光強度變化、該光密度變化、該發光波長分佈變化、該螢光波長分佈變化、該光波長分佈變化，該電流強度變化、該電子響應、該反應物含量改變、該反應物活性改變、該反應物化合物改質或該反應物活性改變可以通過添加該增強劑、該非金屬半導體量子點的變化、不同的反應物、不同預定能量的施加或反應系統中的其它成分而產生。
該增強劑可以用於增強對除了非金屬半導體量子點之外的光化學報導劑(reporter agents)或電化學報導劑所引起與化學反應、光電化學反應、光化學反應或電化學反應的類似反應。該光化學報導劑或該電化學報導劑還包括金屬半導體量子點、非半導體量子點、染料分子、敏化劑、能量吸收物質、能量導向分子、能量收集分子或其任何組合。該金屬半導體量子點包括CdSe量子點、CdTe量子點、CuS量子點、CuSe量子點、PbS量子點、ZnO量子點、SnO2量子點，和三元化合物，如CuInS2量子點、CuInSe2量子點、InAsN量子點、TiO2量子點、GaP量子點或GaAs量子點。該非半導體量子點包括TiO2、PbO、Cu2O、 CuO、WO3、SnO2、Bi2O3、Fe2O3、BiVO4、SrTiO3、BaTiO3、FeTiO3、KTaO3、InAsN、GaP、GaAs或MnTiO3。
檢測方法可以以側向流動、微晶片測定、酶聯免疫吸附測定(ELISA)、孔基測定、比色管測定、半導體感測器晶片、光電倍增管、電荷耦合器件的測定、互補金屬-氧化物半導體測定、恒電位/恒電流儀器/循環伏安、電化學分析器、電致變色分析儀、電化學發光分析儀、光化學發光分析儀或光電化學發光分析儀，但不限於此。
圖1說明在一光補充下(55毫瓦特每平方釐米(mWatt/cm2)，30分鐘)，台盼藍(trypan blue，TB)化學反應在不具有或具有濃度為0.08毫克/毫升(mg/mL)氧化石墨烯量子點(GOQD)，或在不具有或具有濃度為0.5體積/體積百分比(% v/v)增強劑(三乙醇胺(triethanolamine，TEOA))，或具有該三乙醇胺和該氧化石墨烯量子點(GOQD)下光密度的變化。台盼藍(TB)，其是通常用於選擇性地染色死亡組織或細胞的重氮藍染料，在本實驗中是反應物。該台盼藍(TB)溶於水(TB溶液)中的濃度為0.008% v/v。該氧化石墨烯量子點(GOQD)可選用氮摻雜氧化石墨烯量子點。該氧化石墨烯量子點(GOQD)溶於該TB溶液的濃度為1 x 10-15mg/mL至500mg/mL；該氧化石墨烯量子點(GOQD)溶於該TB溶液的濃度優選為1 x 10-10mg/mL至50mg/mL。該光補充的波長在200奈米至1600奈米或其任一組合的範圍內使用；光補充的波長優選在400奈米至1000奈米或其任一組合的範圍內使用。該光補充的照明強度可以1 x 10-6微瓦特/平方釐米(μWatt/cm2)至100瓦特/平方釐米(Watt/cm2)；該光補充的照明強度可以優選地在從大約10μWatt/cm2到大約5Watt/cm2的範圍內照射。光補充的照射時間在1飛秒(femtosecond)至40個月的範圍內；光補充的照射時間優選在約1微秒(micro-second)至約30天的範圍內施用。在該光補充下沒有該GOQD的該TB溶液(圖1中標記為TB)的光密度定義0.7相對單位(relative unit，RU)。該術語" 相對單位元"係為光密度檢測時所使用的分析單位。在該光補充下該TB溶液與該GOQD(在圖1中標記為GOQD)的光密度降低至約0.3 RU。在該光補充下該TB溶液與該TEOA(在圖1中標記為TEOA)的光密度改變至約0.7 RU。在該光補充下該TB溶液同時具有該GOQD與該TEOA(在圖1中標記為GOQD+TEOA)的光密度改變至約0.15 RU。根據上述結果，該GOQD可以氧化或還原該TB以引起該TB溶液的光密度變化。另一方面，該化學變化可以在該TEOA存在下被增強。
圖2說明在一光補充下(55毫瓦特每平方釐米(mWatt/cm2)，10分鐘)，溶於Milli-Q超純水(MQ)的Amplex®紅色試劑的反應系統在不具有或具有濃度為0.008毫克/毫升(mg/mL)氧化石墨烯量子點(GOQD)，或在不具有或具有濃度為1倍(1X)增強劑(無血清RPMI(SF RPMI))，或具有該無血清RPMI和該氧化石墨烯量子點(GOQD)下螢光強度的變化。在該光補充下，在該GOQD的存在下進行與MQ的化學反應以產生過氧化氫(H2O2)。該Amplex Red試劑是檢測過氧化氫(H2O2)的高靈敏度和穩定的試劑，是過氧化物酶最好的螢光反應物之一。使用與H2O2以1：1化學計量反應的該Amplex Red試劑以分析H2O2量，並產生高螢光物質試鹵靈(resorufin)。該resorufin分別具有約571奈米和585奈米的最大激發波長和最大發光波長。因此，本實驗中的化學反應的輸出可以通過該螢光輸出進行評價。該Amplex Red試劑溶於Milli-Q超純水中(MQ溶液)的濃度為100微體積莫耳濃度(μM)。該GOQD可選用氮摻雜氧化石墨烯量子點。該氧化石墨烯量子點(GOQD)溶於該MQ溶液的濃度為1 x 10-15mg/mL至500mg/mL；該氧化石墨烯量子點(GOQD)溶於該MQ溶液的優選濃度為1 x 10-10mg/mL至50mg/mL。該光補充的波長在200奈米至1600奈米或其任一組合的範圍內使用；光補充的波長優選在400奈米至1000奈米或其任一組合的範圍內使用。該光補充的照明強度可以1 x 10-6μWatt/cm2至100Watt/cm2；該光補充的照明強度可以優選地在從大約10μWatt/cm2到大約5Watt/cm2的範圍內照射。光補充的照射 時間在1飛秒(femtosecond)至7天的範圍內；光補充的照射時間優選在約10微秒(micro-second)至約30小時的範圍內施用。在該光補充下，沒有該GOQD的該MQ溶液(在圖2中標記為MQ)的化學反應的螢光強度是0相對螢光單位(relative fluorescence unit，RFU)。術語“相對螢光單位”是在螢光檢測分析中使用的測量單位。在該光補充下，該MQ溶液與GOQD(在圖2中標記為GOQD)的化學反應的螢光強度為約50 RFU。在該光補充下，該MQ溶液與增強劑-無血清RPMI(SF RPMI)(圖2中標記為SF RPMI)的化學反應的螢光強度為約50 RFU。在該光補充下，該MQ溶液與該GOQD和該SF RPMI(圖2中標記為GOQD+SF RPMI)的化學反應的螢光強度為約2300 RFU。根據實驗結果，在該光補充下，該MQ與該GOQD的化學反應產生H2O2導致螢光強度變化。此外，該化學反應可以在該SF RPMI存在下可以被增強。
圖3顯示在一光補充下(55毫瓦特每平方釐米(mWatt/cm2)，10分鐘)，溶於Milli-Q超純水(MQ)的一螢光素前軀物的反應系統在不具有或具有濃度為0.008毫克/毫升(mg/mL)的氧化石墨烯量子點(GOQD)，或在不具有或具有濃度為1倍(1X)的增強劑(無血清RPMI(SF RPMI))，或具有該無血清RPMI和該氧化石墨烯量子點(GOQD)下化學發光強度的變化。前軀物在光補充下，該GOQD與該MQ進行的化學反應可以產生過氧化氫(H2O2)。該H2O2量可以使用該螢光素前軀物試劑分析。該螢光素前軀物試劑是H2O2反應物，其與H2O2直接反應以產生螢光素前軀物。在添加含有Ultra-GloTM重組螢光素酶和d-半胱氨酸的ROS-GloTM檢測試劑時，螢光素前軀物通過d-半胱氨酸轉化為螢光素，並且螢光素與Ultra-GloTM重組螢光素酶反應以產生發光信號。發光信號與H2O2濃度成比例。因此，本實驗中的化學反應的輸出可以通過發光信號輸出來評估。該螢光素前軀物試劑溶於Milli-Q超純水中(MQ溶液)的濃度為1倍(1X)。該ROS-GloTM檢測試劑以1X的濃度添加於該MQ溶液中。該GOQD可選用氮摻雜氧化石墨烯量 子點。該氧化石墨烯量子點(GOQD)溶於該MQ溶液的濃度為1 x 10-15mg/mL至500mg/mL；該氧化石墨烯量子點(GOQD)溶於該MQ溶液的優選濃度為1 x 10-10mg/mL至50mg/mL。該光補充的波長在200奈米至1600奈米或其任一組合的範圍內使用；光補充的波長優選在400奈米至1000奈米或其任一組合的範圍內使用。該光補充的照明強度可以1 x 10-6μWatt/cm2至100Watt/cm2；該光補充的照明強度可以優選地在從大約10μWatt/cm2到大約5Watt/cm2的範圍內照射。光補充的照射時間在1飛秒(femtosecond)至7天的範圍內；光補充的照射時間優選在約10微秒(micro-second)至約30小時的範圍內施用。在該光補充下，沒有該GOQD(在圖3中標記為MQ)的該MQ溶液的化學反應的化學發光強度為0相對發光單位(RLU)。術語“相對發光單位”是發光分析檢測的中使用的測量單位。在該光補充下，該MQ溶液與該GOQD(在圖3中標記為GOQD)的化學反應的化學發光強度為約5 RLU。在該光補充下，該MQ與該SF RPMI(圖3中標記為SF RPMI)的化學反應的化學發光強度為約5 RLU。在該光補充下，該MQ與該GOQD和該SF RPMI(圖3中標記為GOQD+SF RPMI)的化學反應的化學發光強度為約420 RLU。根據實驗結果，在該光補充下，該MQ與該GOQD的化學反應產生H2O2導致化學發光強度變化。此外，該化學反應可以在該SF RPMI存在可以被增強。
圖2中呈現的化學反應中的螢光強度變化或圖3中呈現的化學反應中的化學發光強度變化係由該GOQD以間接方式通過特異性介質H2O2進行。化學反應中的螢光強度變化或化學發光強度變化可以通過存在反應增強劑(例如SF RPMI)來增強。
圖4示出了圖2所呈現的化學反應中特異性介質H2O2的濃度(微體積莫耳(μM))變化。在一光補充下，在具有或不具有GOQD的存在下，Milli-Q超純水產生H2O2的化學反應。在該光補充下，不具有該GOQD(在圖4中標記為MQ)的Milli-Q超純水的化學反應中的H2O2濃度為0μM。在該光補充下，Milli-Q 超純水與該GOQD(在圖4中標記為GOQD)的化學反應中的H2O2濃度為約1μM。在該光補充下該Milli-Q超純水與該GOQD和該SF RPMI(圖4中標記為GOQD+SF RPMI)的化學反應中的H2O2濃度為約55μM。在GOQD+SF RPMI條件下產生的H2O2濃度是僅具有GOQD條件下的50倍。因此，該反應增強劑，例如SF RPMI，可以增強該化學反應以增強該螢光強度變化或該化學發光強度變化。
圖5示出了化學反應的線性統計結果，其與反應系統中的氧化石墨烯量子點(GOQD)的濃度(毫克/毫升(mg/mL))成正向相關。可以將圖1中的光密度的變化，圖2中的螢光輸出或圖3中的發光信號輸出轉換為圖5所示的線性統計公式。換句話說，可以用在反應系統中添加不同的該GOQD濃度來預測光密度，螢光輸出或發光信號輸出，以用於包括醫療應用與環境汙物分解應用。
圖6示出了在一光補充下(55毫瓦特每平方釐米(mWatt/cm2)，10分鐘)，超純水在具有一濃度為0.5體積/體積百分比(% v/v)增強劑(三乙醇胺(triethanolamine，TEOA))，和具有濃度介於0.08mg/mL至0.0008mg/mL之間的氧化石墨烯量子點(GOQD)下，特異介質-過氧化氫(H2O2)的濃度的變化。與圖4相同的原理及實驗條件，該化學反應中螢光強度變化可以被計算及被轉換為該H2O2濃度變化。在該光補充下，該Milli-Q超純水與該TEOA和不同濃度該GOQD(在圖6中標示為GOQD(0.08mg/mL)、GOQD(0.008mg/mL)、GOQD(0.0008mg/mL)與GOQD(0mg/mL))的化學反應中，該H2O2生成濃度分別為80μM、80μM、40μM和1μM。與圖4結果比較，在濃度為0.5體積/體積百分比(% v/v)的該TEOA與濃度為0.008mg/mL的該GOQD，所生成的該H2O2濃度是圖4實驗中相同該GOQD濃度下(約1μM H2O2)的80倍。由此可知，於該化學反應中，在不同濃度的該GOQD下，該H2O2濃度的改變，可因該TEOA的存在下被增強。
圖7示出了在一光補充下(55毫瓦特每平方釐米(mWatt/cm2)，10分鐘)，超純水在濃度介於7.5毫克/毫升(mg/mL)至187.5mg/mL增強劑(尿 素(Urea))，和具有濃度為0.0008mg/mL氧化石墨烯量子點(GOQD)下，特異介質-過氧化氫(H2O2)的濃度的變化。與圖4相同的原理及實驗條件，該化學反應中螢光強度變化可以被計算及被轉換為該H2O2濃度變化。在該光補充下，該Milli-Q超純水與該GOQD及不同濃度該Urea(在圖7中標示為(0mg/mL)、(7.5mg/mL)、(37.5mg/mL)和(187.5mg/mL))的化學反應中，該H2O2生成濃度分別為0.2μM、0.5μM、0.6μM和0.7μM。與圖4結果比較，在濃度為187.5mg/mL的該Urea與濃度為0.008mg/mL的該GOQD存在下，所生成的該H2O2濃度是圖4實驗中相同該GOQD濃度下的3.5倍。由此可知，於該化學反應中，該H2O2濃度的改變，可因該Urea的存在下被增強。
圖8示出了在一光補充下(55毫瓦特每平方釐米(mWatt/cm2)，10分鐘)，超純水在具有一濃度為2毫體積莫耳(mM)增強劑(抗壞寫酸(ascorbic acid，AA))，和具有濃度介於0.08毫克/毫升(mg/mL)至0.0008mg/mL之間的氧化石墨烯量子點(GOQD)下，特異介質-過氧化氫(H2O2)的濃度的變化。與圖4相同的原理及實驗條件，該化學反應中螢光強度變化可以被計算及被轉換為該H2O2濃度變化。在該光補充下，該Milli-Q超純水與該AA和不同濃度該GOQD(在圖8中標示為GOQD(0.08mg/mL)、GOQD(0.008mg/mL)、GOQD(0.0008mg/mL)與GOQD(0mg/mL))的化學反應中，該H2O2生成濃度分別為100μM、110μM、30μM和10μM。與圖4結果比較，濃度為2mM的該AA與濃度為0.008mg/mL的該GOQD，所生成的該H2O2濃度(110μM)是圖4實驗中相同該GOQD濃度下(約生成1μM H2O2)的110倍。由此可知，於該化學反應中，該H2O2濃度的變化，可因該AA的存在下被增強。
圖9示出了在一光補充下(55毫瓦特每平方釐米(mWatt/cm2)，10分鐘)，超純水在濃度介於2微克/毫升(μg/mL)至200μg/mL增強劑(輔酶Q10(Q10))，和具有濃度為0.0008毫克/毫升(mg/mL)氧化石墨烯量子點(GOQD) 下，特異介質-過氧化氫(H2O2)的濃度的變化。與圖4相同的原理及實驗條件，該化學反應中螢光強度變化可以被計算及被轉換為該H2O2濃度變化。在該光補充下，該Milli-Q超純水與該GOQD及不同濃度該Q10(在圖9中標示為(200μg/mL)、(20μg/mL)和(2μg/mL))的化學反應中，該H2O2生成濃度分別為12μM、2μM和0.2μM。與圖7結果比較，在濃度為200μg/mL的該Q10與濃度為0.0008mg/mL的該GOQD存在下，所生成的該H2O2濃度(12μM)是圖7實驗中沒有增強劑存在下(於圖7中標示為0mg/mL，H2O2濃度約為0.2μM)的60倍。由此可知，於該化學反應中，該H2O2濃度的變化，可因該Q10的存在下被增強。
圖10示出了一光補充下(55毫瓦特每平方釐米(mWatt/cm2)，10分鐘)，超純水在濃度介於0.1微體積莫耳濃度(μM)至100μM增強劑(蝦青素(astaxanthin，A))，和具有濃度為0.0008毫克/毫升(mg/mL)氧化石墨烯量子點(GOQD)下，特異介質-過氧化氫(H2O2)的濃度的變化。與圖4相同的原理及實驗條件，該化學反應中螢光強度變化可以被計算及被轉換為該H2O2濃度變化。在該光補充下，該Milli-Q超純水與該GOQD及不同濃度該A(在圖10中標示為(100μM)、(1μM)和(100nM))的化學反應中，該H2O2生成濃度分別為7μM、0.5μM和0.2μM。與圖7結果比較，在濃度為100μM的該A與濃度為0.0008mg/mL的該GOQD存在下，所生成的該H2O2濃度(7μM)是圖7實驗中沒有增強劑存在下(於圖7中標示為0mg/mL，H2O2濃度約為0.2μM)的35倍。由此可知，於該化學反應中，該H2O2濃度的變化，可因該A的存在下被增強。
圖11示出了不具有或具有一光補充下(55毫瓦特每平方釐米(mWatt/cm2)，10分鐘)，超純水在不具有或具有濃度為1倍(1X)的增強劑(磷酸鹽緩衝液(PBS))，或不具有或具有濃度為0.08毫克/毫升(mg/mL)氧化石墨烯量子點(GOQD)下，或同時具有該GOQD與該PBS下，特異介質-過氧化氫(H2O2)的濃度的變化。與圖4相同的原理及實驗條件，該化學反應中螢光強度 變化可以被計算及被轉換為該H2O2濃度變化。在該光補充下，該H2O2濃度於Milli-Q超純水在不具有該GOQD(於圖11中標示為MQ)、具有該GOQD(於圖11中標示為GOQD)、具有該PBS(於圖11中標示為PBS)或同時具有該GOQD與該PBS(於圖11中標示為GOQD+PBS)的化學反應中，分別為為0.5μM、5μM、1μM和10μM。在沒有該光補充下，則幾無該H2O2可被檢測到。在相同的該GOQD濃度下(0.08mg/mL)，在有該PBS存在下所生成的該H2O2是沒有該PBS時的2倍。由此可知，於該化學反應中，該H2O2濃度的變化，可因該PBS的存在被增強。
圖12示出了一光補充下(55毫瓦特每平方釐米(mWatt/cm2)，10分鐘)，超純水在不具有或具有濃度為0.1毫體積莫耳(mM)的增強劑(過錳酸鉀(KMnO4))，或不具有或具有濃度為0.008毫克/毫升(mg/mL)氧化石墨烯量子點(GOQD)下，或同時具有該GOQD與該KMnO4下，特異介質-過氧化氫(H2O2)的濃度的變化。與圖4相同的原理及實驗條件，該化學反應中螢光強度變化可以被計算及被轉換為該H2O2濃度變化。該H2O2濃度於Milli-Q超純水在不具有該GOQD(於圖12中標示為MQ)、具有該GOQD(於圖12中標示為GOQD)、具有該KMnO4(於圖12中標示為KMnO4)或同時具有該GOQD與該KMnO4(於圖11中標示為GOQD+KMnO4)的化學反應中，分別為為0μM、1μM、15μM和20μM。在沒有該光補充下，則幾無該H2O2可被檢測到。在相同的該GOQD濃度下(0.008mg/mL)，在有該KMnO4存在下所生成的該H2O2是沒有該KMnO4時的20倍。由此可知，於該化學反應中，該H2O2濃度的變化，可因該KMnO4的存在被增強。
圖13示出了不具有或具有一光補充下(55毫瓦特每平方釐米(mWatt/cm2)，10分鐘)，在不具有或具有濃度為0.05體積/體積百分比(% v/v)的增強劑(三乙醇胺(triethanolamine，TEOA))，或不具有或具有濃度為0.008毫克/毫升(mg/mL)氧化石墨烯量子點(GOQD)下，或同時具有該GOQD與該TEOA 下，反應物活性的變化。該反應物活性係指肺癌細胞(PC-9)的細胞存活率，並使用MTT測定法來評估細胞代謝活性，在限定的條件下，NAD(P)H依賴性細胞氧化還原酶可以反應活細胞的存在數目。這些酶能將MTT染料(3-(4,5-二甲基噻唑-2-基)-2,5-二苯基溴化四唑)還原為其不溶性的formazan物質，其為紫色。加入溶解溶液(二甲基亞碸，DMSO)可將不溶性的紫色formazan物質溶解為有色溶液。該有色溶液的吸光值可以分光光度計在特定波長(490nm)下測定量化，並可表示細胞存活率。最終使用的MTT染料濃度為0.5mg/mL，該DMSO濃度為10% v/v。該GOQD可選用氮摻雜氧化石墨烯量子點。該氧化石墨烯量子點(GOQD)溶於細胞培養基溶液的濃度為1 x 10-15mg/mL至500mg/mL；該氧化石墨烯量子點(GOQD)溶於該細胞培養基溶液的優選濃度為1 x 10-10mg/mL至50mg/mL。該光補充的波長在200奈米至1600奈米或其任一組合的範圍內使用；光補充的波長優選在400奈米至1000奈米或其任一組合的範圍內使用。該光補充的照明強度可以1 x 10-6μWatt/cm2至100Watt/cm2；該光補充的照明強度可以優選地在從大約10μWatt/cm2到大約5Watt/cm2的範圍內照射。光補充的照射時間在1飛秒(femtosecond)至7天的範圍內；光補充的照射時間優選在約10微秒(micro-second)至約20小時的範圍內施用。在不具有該GOQD或該TEOA(在圖13中標示為Con)，且沒有該光補充下，反應系統中的該細胞存活率定義為100%。該反應系統在具有該GOQD(在圖13中標示為GOQD)，且具有該光補充下(標示為L 10min)，細胞存活率約為60%。該反應系統在具有該TEOA(在圖13中標示為TEOA)，且具有該光補充下(標示為L 10min)，細胞存活率約為50%。該反應系統在同時具有該GOQD與該TEOA(在圖13中標示為GOQD+TEOA)，且具有該光補充下(標示為L 10min)，細胞存活率約為10%。是故，於該反應系統中，該反應物活性的變化可被該TEOA所增強。而在沒有光補充下(標示為NL)，該反應物活性幾乎沒有變化。
圖14示出了不具有或具有一光補充下(55毫瓦特每平方釐米(mWatt/cm2)，10分鐘)，在不具有或具有濃度為0.5毫體積莫耳(mM)的增強劑(抗壞血酸(ascorbic acid，AA))，或不具有或具有濃度為0.008毫克/毫升(mg/mL)氧化石墨烯量子點(GOQD)下，或同時具有該GOQD與該AA下，反應物活性的變化。該反應物活性係指肺癌細胞(PC-9)的細胞存活率，並使用MTT測定法來評估細胞代謝活性。最終使用的MTT染料濃度為0.5mg/mL，該DMSO濃度為10% v/v。在不具有該GOQD或該AA(在圖14中標示為Con)，且沒有該光補充下(標示為NL)，反應系統中的該細胞存活率定義為100%。該反應系統在具有該GOQD(在圖14中標示為GOQD)，且具有該光補充下(標示為L 10min)，細胞存活率約為50%。該反應系統在具有該AA(在圖14中標示為AA)，且具有該光補充下(標示為L 10min)，細胞存活率約為80%。該反應系統在同時具有該GOQD與該AA(在圖14中標示為GOQD+AA)，且具有該光補充下(標示為L 10min)，細胞存活率約為10%。於該反應系統中，該反應物活性的變化可被該AA所增強。而在沒有光補充下(標示為NL)，該反應物活性幾乎沒有變化。
圖15示出了在沒有光補充下，超純水在具有一濃度為2毫體積莫耳(mM)增強劑(抗壞血酸(ascorbic acid，AA))，和具有濃度介於0.08毫克/毫升(mg/mL)至0.0008mg/mL之間的氧化石墨烯量子點(GOQD)下，特異介質-過氧化氫(H2O2)的濃度的變化。與圖4相同的原理及實驗條件，該化學反應中螢光強度變化可以被計算及被轉換為該H2O2濃度變化。在該光補充下，該Milli-Q超純水與該AA和不同濃度該GOQD(在圖15中標示為GOQD(0.08mg/mL)、GOQD(0.008mg/mL)、GOQD(0.0008mg/mL)與GOQD(0mg/mL))的化學反應中，該H2O2生成濃度分別為80μM、20μM、10μM和5μM。與圖11結果比較，在濃度為2mM的該AA與濃度為0.08mg/mL的該GOQD存在下，所生成的該H2O2濃度(80μM)是圖11實驗中具相同濃度該GOQD但沒有增強劑存在下(於圖11中標示為 GOQD，H2O2濃度約為5μM)的16倍。不僅是光補充情況下，在沒有光補充下，該AA存在下即可增強該化學反應中該H2O2濃度的變化。
圖16示出了不具有或具有一光補充下(55毫瓦特每平方釐米(mWatt/cm2)，10分鐘)，超純水在不具有或具有一濃度為0.2毫體積莫耳(mM)增強劑(抗壞血酸(ascorbic acid，AA))，或不具有或具有濃度0.08毫克/毫升(mg/mL)的氧化石墨烯量子點(GOQD)或同時具有該GOQD與該AA情況下，特異介質-過氧化氫(H2O2)的濃度的變化。與圖4相同的原理及實驗條件，該化學反應中螢光強度變化可以被計算及被轉換為該H2O2濃度變化。在該光補充下，該Milli-Q超純水在不具有該GOQD(在圖16中標示為MQ)、具有該GOQD(在圖16中標示為GOQD)、具有該AA(在圖16中標示為AA)和同時具有該GOQD與該AA下(在圖16中標示為GOQD+AA)的化學反應中，該H2O2生成濃度分別為15μM、5μM、2μM和60μM。在沒有該光補充下，不具有該GOQD(MQ)、具有該GOQD(GOQD)、具有該AA(AA)和同時具有該GOQD與該AA下(GOQD+AA)的化學反應中，該H2O2生成濃度分別為0μM、0μM、2μM和40μM。在該光補充下，且該GOQD(0.08mg/mL)存在下，產生的H2O2濃度比沒有該光補充下的H2O2濃度高1.5倍。該化學反應中H2O2濃度變化可以通過在沒有光補充的情況下因該AA的存在而增強，又可以通過光補充進一步增強。
圖17示出了不具有或具有一光補充下(55毫瓦特每平方釐米(mWatt/cm2)，10分鐘)，在不具有或具有濃度為0.2毫體積莫耳(mM)的增強劑(抗壞血酸(ascorbic acid，AA))，或不具有或具有濃度為0.08毫克/毫升(mg/mL)氧化石墨烯量子點(GOQD)下，或同時具有該GOQD與該AA下，反應物活性的變化。該反應物活性係指肺癌細胞(PC-9)的細胞存活率，並使用MTT測定法來評估細胞代謝活性。最終使用的MTT染料濃度為0.5mg/mL，該DMSO濃度為10% v/v。在不具有該GOQD或該AA(在圖17中標示為Con)，且沒有該 光補充下(標示為NL)，反應系統中的該細胞存活率定義為100%。該反應系統在具有該GOQD(在圖17中標示為GOQD)，且具有該光補充下(標示為L 10min)，細胞存活率約為70%。該反應系統在具有該AA(在圖17中標示為AA)，且具有該光補充下(標示為L 10min)，細胞存活率約為80%。該反應系統在同時具有該GOQD與該AA(在圖17中標示為GOQD+AA)，且具有該光補充下(標示為L 10min)，細胞存活率約為5%。於該反應系統中，該反應物活性的變化可被該AA所增強。除了同時具有該GOQD與該AA者之外，在沒有光補充下，該反應物活性幾乎沒有變化，這表示於該反應系統中該反應物活性，即便在沒有光補充下，仍可因高濃度該AA(與圖14相對較低濃度相比)的存在而被增強。
圖18示出了不具有或具有一光補充下(55毫瓦特每平方釐米(mWatt/cm2)，10分鐘)下，在不具有或具有濃度為0.2毫體積莫耳(mM)的增強劑(抗壞血酸(ascorbic acid，AA))，或不具有或具有濃度為0.08毫克/毫升(mg/mL)氧化石墨烯量子點(GOQD)下，或同時具有該GOQD與該AA下，反應物活性的變化。該反應物活性係指大腸癌細胞(HCT-116)的細胞存活率，並使用MTT測定法來評估細胞代謝活性。最終使用的MTT染料濃度為0.5mg/mL，該DMSO濃度為10% v/v。在不具有該GOQD或該AA(在圖18中標示為Con)，且沒有該光補充下(標示為NL)，反應系統中的該細胞存活率定義為100%。該反應系統在具有該GOQD(在圖18中標示為GOQD)，且具有該光補充下(標示為L 10min)，細胞存活率約為70%。該反應系統在具有該AA(在圖18中標示為AA)，且具有該光補充下(標示為L 10min)，細胞存活率約為40%。該反應系統在同時具有該GOQD與該AA(在圖18中標示為GOQD+AA)，且具有該光補充下(標示為L 10min)，細胞存活率約為10%。於該反應系統中，該反應物活性的變化可被該AA所增強。除了同時具有該GOQD與該AA者之外，在沒有光補充下，該反應物活性幾乎沒有變化。這些結果顯示，於該反應系統中該反應物活性變化 中的反應物不僅是肺癌細胞，也可以是大腸癌細胞。
圖19示出了在不具有或具有一電補充(0.1伏特)以及光補充下(35毫瓦特每平方釐米(mWatt/cm2)，3分鐘)下，氧化石墨烯量子點(GOQD)位於電子傳導電極上並浸泡於含有0.05% v/v的增強劑(三乙醇胺(triethanolamine，TEOA))溶液中，一反應系統中的電流強度變化。該電流強度變化係使用覆蓋有該GOQD的金塗層載玻片的恒電位/恒電流儀器/循環伏安儀進行分析。該氧化石墨烯量子點(GOQD)可選用氮摻雜氧化石墨烯量子點。該光補充的波長在200奈米至1600奈米或其任一組合的範圍內使用。該光補充的照明強度可以1 x 10-6微瓦特/平方釐米(μWatt/cm2)至100瓦特/平方釐米(Watt/cm2)；該光補充的照明強度可以優選地在從大約10μWatt/cm2到大約5Watt/cm2的範圍內照射。光補充的照射時間在1飛秒(femtosecond)至1天的範圍內；光補充的照射時間優選在約10微秒(micro-second)至約20小時的範圍內施用。該反應系統中的該電流強度變化於前3分鐘沒有光補充下並未發現，當有光補充下，該反應系統中的該電流強度變化即可明確的被檢測到。這些結果表示，光電化學反應在該反應系統中是會發生的，並且能以恒電位/恒電流儀器/循環伏安儀檢測。關閉光線可顯現來自GOQD電極的電流強度的變化。這些結果進一步表示光電化學反應是由瞬間光照所誘導的，而該電流強度的變化可以恒電位/恒電流儀器/循環伏安儀進行檢測。
上面示出和描述的實施例僅僅是示例。在本領域中經常發現許多細節，例如氧化石墨烯量子點的其它特徵。因此，許多這樣的細節既未示出也未描述。儘管在前面的描述中已經闡述了本技術的許多特徵和優點，連同本公開的結構和功能的細節，但是本公開僅是說明性的，並且可以在細節上進行改變，包括在本公開的原理內的部件的類型、尺寸和濃度，並且包括由權利要求中使用的術語的寬泛的一般含義所確定的全部範圍。因此，應當理解，可以 在權利要求的範圍內修改上述實施例。

Claims (32)

  1. 一種檢測、生醫應用、汙染物處理或產生特異性介質的反應系統，用於增強化學反應、光電化學反應、光化學反應、電化學反應或其任一組合，包括：至少一種添加劑，其中該至少一種添加劑為一種反應增強劑；以及至少一種反應基質，該至少一種反應基質包括至少一種非金屬半導體量子點。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之檢測、生醫應用、汙染物處理或產生特異性介質的反應系統，進一步包括至少一種反應物，該至少一種反應物包括至少一種無機化合物、至少一種有機化合物、至少一種生物化合物、至少一種細胞、至少一種微生物、至少一種寄生蟲或其任一組合。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之檢測、生醫應用、汙染物處理或產生特異性介質的反應系統，其中該化學反應、該光電化學反應、該光化學反應、該電化學反應或其任一組合的至少一種結果包括顏色變化、發光強度的變化、螢光強度的變化、光密度的變化、發光波長分佈變化、螢光波長分佈變化、光波長分佈變化、電流強度變化、電子響應、反應物含量減少、反應物活性改變、反應物化合物改質或反應物功能改變或其任一組合。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之檢測、生醫應用、汙染物處理或產生特異性介質的反應系統，其中該化學反應、該光電化學反應、該光化學反應、該電化學反應或其任一組合包含氧化還原反應、電致變色、電化學發光、光化學發光或光電化學發光。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之檢測、生醫應用、汙染物處理或產生特異性介質的反應系統，其中該化學反應、該光電化學反應、該光化學反應、該電化學反應或其任一組合可通過反應系統中產生的一種特異性介質與所述至少一反應物進行反應，該一種特異性介質包含過氧化氫(H2O2)。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之檢測、生醫應用、汙染物處理或產生特異性介質的反應系統，其中使用在該反應系統內的該至少一種添加劑在反應系統中的濃度在1×10-12體積/體積百分比(% v/v)至50體積/體積百分比(% v/v)或在1×10-15體積莫爾濃度(M)至10體積莫爾濃度(M)的範圍內。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之檢測、生醫應用、汙染物處理或產生特異性介質的反應系統，其中該至少一種添加劑包含營養物、鹼金屬鹽、鹼金屬緩衝液、有機化合物、無機化合物或具有空的d或f或g軌域的過渡金屬離子其化合物。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之檢測、生醫應用、汙染物處理或產生特異性介質的反應系統，其中該營養物包括維他命、無血清RPMI、無血清DMEM、無血清MEM α、無血清F12、無血清L15、無血清Hybri-Care、抗壞血酸、輔酶Q10、穀胱甘肽、蝦青素、胎牛血清、磷酸鹽緩衝液、多硫化物、葉綠素、卟啉或其任一組合；該有機化合物包括組織胺、甲醇、乙醇、乳酸、三羥乙基胺或其任一組合；該無機化合物包括硝酸銀、碘酸鈉或其任一組合；該具有空的d或f或g軌域的過渡金屬離子其化合物包括三價鐵離子、二價鐵離子、鈷離子、鎳離子、過錳酸鉀或其任一組合。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之檢測、生醫應用、汙染物處理或產生特異性介質的反應系統，其中使用在該反應系統內的該至少一種反應基質的濃度範圍為從1 x 10-15毫克/毫升(mg/mL)至500毫克/毫升(mg/mL)。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之檢測、生醫應用、汙染物處理或產生特異性介質的反應系統，其中該至少一種非金屬半導體量子點包括石墨烯量子點或氧化石墨烯量子點。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之檢測、生醫應用、汙染物處理或產生特異性介質的反應系統，其中該至少一種非金屬半導體量子點進一步包括至 少一種摻雜物。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之檢測、生醫應用、汙染物處理或產生特異性介質的反應系統，其中該至少一種摻雜物包括至少一種第IIA族元素、至少一種第IIIA族元素、至少一種第IVA族元素、至少一種第VA族元素、至少一種第VIA族元素、至少一種具有空的d或f或g軌域的過渡元素或其任一組合。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之檢測、生醫應用、汙染物處理或產生特異性介質的反應系統，該至少一種非金屬半導體量子點進一步包括至少一官能基團，其中該至少一官能基團位於該至少一種非金屬半導體量子點表面、內部或表面及內部。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之檢測、生醫應用、汙染物處理或產生特異性介質的反應系統，其中該至少一官能基團包括一氫原子、至少一第IIIA族元素官能基團、至少一第IVA族元素官能基團、至少一第VA族元素官能基團、至少一第VIA族元素官能基團、至少一第VIIA族元素官能基團或其任一組合。
  15. 一種檢測、生醫應用、汙染物處理或產生特異性介質的方法，包括：提供至少一種添加劑，其中該至少一種添加劑為一種反應增強劑；提供至少一種反應基質，該至少一種反應基質包括至少一種非金屬半導體量子點；提供至少一種反應物；以及產生至少一種化學反應結果、至少一種光電反應結果、至少一種光化學反應結果、至少一種電化學反應結果或其任一組合。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之檢測、生醫應用、汙染物處理或產 生特異性介質的方法，進一步包括在產生該至少一種化學反應結果、該至少一種光電反應結果、該至少一種光化學反應結果、該至少一種電化學反應結果或其任一組合之前，提供至少一種預定的能量至該反應系統。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之檢測、生醫應用、汙染物處理或產生特異性介質的方法，其中該至少一種化學反應結果、該至少一種光電反應結果、該至少一種光化學反應結果、該至少一種電化學反應結果或其任一組合包含氧化還原反應、電致變色、電化學發光、光化學發光或光電化學發光。
  18. 如申請專利範圍第15項所述之檢測、生醫應用、汙染物處理或產生特異性介質的方法，其中該至少一種化學反應結果、該至少一種光電反應結果、該至少一種光化學反應結果、該至少一種電化學反應結果或其任一組合可通過反應系統中產生的一種特異性介質與所述至少一反應物進行反應，該一種特異性介質包含過氧化氫(H2O2)。
  19. 如申請專利範圍第15項所述之檢測、生醫應用、汙染物處理或產生特異性介質的方法，其中使用在該反應系統內的該至少一種添加劑的濃度範圍為濃度在1×10-12體積/體積百分比(% v/v)至50體積/體積百分比(% v/v)或在1×10-15體積莫爾濃度(M)至10體積莫爾濃度(M)的範圍內。
  20. 如申請專利範圍第15項所述之檢測、生醫應用、汙染物處理或產生特異性介質的方法，其中該至少一種添加劑包含營養物、鹼金屬鹽、鹼金屬緩衝液、有機化合物、無機化合物或具有空的d或f或g軌域的過渡金屬離子與其化合物。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之檢測、生醫應用、汙染物處理或產生特異性介質的方法，其中該營養物包括維他命、無血清RPMI、無血清DMEM、無血清MEM α、無血清F12、無血清L15、無血清Hybri-Care、抗壞血酸、輔酶Q10、穀胱甘肽、蝦青素、胎牛血清、磷酸鹽緩衝液、多硫化物、葉 綠素、卟啉或其任一組合；該有機化合物包括組織胺、甲醇、乙醇、乳酸、三羥乙基胺或其任一組合；該無機化合物包括硝酸銀、碘酸鈉或其任一組合；該具有空的d或f或g軌域的過渡金屬離子其化合物包括三價鐵離子、二價鐵離子、鈷離子、鎳離子、過錳酸鉀或其任一組合。
  22. 如申請專利範圍第15項所述之檢測、生醫應用、汙染物處理或產生特異性介質的方法，其中使用在該反應系統內的該至少一種反應基質的濃度範圍為從1×10-15毫克/毫升(mg/mL)至500毫克/毫升(mg/mL)。
  23. 如申請專利範圍第15項所述之檢測、生醫應用、汙染物處理或產生特異性介質的方法，其中至少一種反應物，該至少一種反應物包括至少一種無機化合物、至少一種有機化合物、至少一種生物化合物、至少一種細胞、至少一種微生物、至少一種寄生蟲或其任一組合。
  24. 如申請專利範圍第15項所述之檢測、生醫應用、汙染物處理或產生特異性介質的方法，其中該至少一種非金屬半導體量子點包括石墨烯量子點或氧化石墨烯量子點。
  25. 如申請專利範圍第15項所述之檢測、生醫應用、汙染物處理或產生特異性介質的方法，其中該至少一種非金屬半導體量子點進一步包括至少一種摻雜物。
  26. 如申請專利範圍第25項所述之檢測、生醫應用、汙染物處理或產生特異性介質的方法，其中該至少一種摻雜物包括至少一種第IIA族元素、至少一種第IIIA族元素、至少一種第IVA族元素、至少一種第VA族元素、至少一種第VIA族元素、至少一種具有空的d或f或g軌域的過渡元素或其任一組合。
  27. 如申請專利範圍第15項所述之檢測、生醫應用、汙染物處理或產生特異性介質的方法，該至少一種非金屬半導體量子點進一步包括至少一官能基團，其中該至少一官能基團位於該至少一種非金屬半導體量子點表面； 該至少一官能基團位於該至少一種非金屬半導體量子點內；該至少一官能基團位於該至少一種非金屬半導體量子點表面及內部。
  28. 如申請專利範圍第27項所述之檢測、生醫應用、汙染物處理或產生特異性介質的方法，其中該至少一官能基團包括一氫原子、至少一第IIIA族元素官能基團、至少一第IVA族元素官能基團、至少一第VA族元素官能基團、至少一第VIA族元素官能基團、至少一第VIIA族元素官能基團或其任一組合。
  29. 如申請專利範圍第16項所述之檢測、生醫應用、汙染物處理或產生特異性介質的方法，其中該至少一種預定的能量包括輻射能量、熱能、電能、磁能或機械能或其任一組合。
  30. 如申請專利範圍第15項所述之檢測、生醫應用、汙染物處理或產生特異性介質的方法，其中該至少一種化學反應結果、該至少一種光電化學反應結果、該至少一種光化學反應結果、該至少一種電化學反應結果或其任一組合包括顏色變化、發光強度的變化、螢光強度的變化、光密度的變化、發光波長分佈變化、螢光波長分佈變化、光波長分佈變化、電流強度變化、電子響應、反應物含量減少、反應物活性改變、反應物化合物改質或反應物功能改變或其任一組合。
  31. 如申請專利範圍第15項所述之檢測、生醫應用、汙染物處理或產生特異性介質的方法，其中該至少一種光電化學反應結果包括光致發光變化或光伏反應變化。
  32. 如申請專利範圍第15項所述之檢測、生醫應用、汙染物處理或產生特異性介質的方法，其中該至少一種光化學反應結果包括光催化反應的變化。
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