量子点（QDs）被定义为能够发射可调波长光致发光（PL）的半导体纳米材料（Alivisatos，1996）。QDs传统上用于太阳能电池、晶体管、LED等。然而，它们在传感器制造中也显示出巨大潜力。由于它们独特且易于调节的光学特性，已经开发出了多种基于QD的化学和/或生物传感器（Medintz等人，2005）。传统的传感器开发材料包括荧光有机染料（Fabbrizzi等人，2000；Suksai和Tuntulani，2003）、过渡金属配合物（Beer，1998；Huang等人，2014）、碳纳米管（Wang，2005；Jacobs等人，2010；Saha等人，2014）以及石墨烯等碳材料。与这些材料相比，研究表明QDs在发光寿命、抗荧光降解能力和狭窄的发射带方面具有优势，同时宽吸收带允许选择不同的激发波长，尤其是在可见光到近红外区域（Yildiz等人，2006）。这些特性使得QDs成为设计多功能传感器的理想选择。然而，在使用QDs的传感器研究中，QDs会暴露于各种外部因素，如高湿度、腐蚀性酸性或碱性介质、温度波动和物理力。这些因素可能对QDs的荧光特性产生负面影响，从而导致灵敏度、准确性和使用寿命的降低，从而限制了它们在各种应用中的使用。为了克服这些问题，需要用一层材料来保护使用QDs开发的传感器结构，以提高其热稳定性、机械稳定性和化学稳定性。最近，QDs的封装受到了广泛关注，因为QDs在实际应用中的主要限制是它们的热不稳定性和氧化不稳定性。封装过程中的关键点是确保成功保留QDs的功能特性，并为QDs附着的表面提供机械强度。根据文献，聚合物封装研究在应用领域和使用的方法方面有所不同（Baxamusa等人，2008；Chen等人，2011；Parker等人，2011；Yoo等人，2013；Gleason，2015；Lemon等人，2015；Lai等人，2018；Ko等人，2020；Lim等人，2021）。尽管只有少数研究关注于增强QD结合表面的机械强度（Hu和Gao，2010；Prudnikau等人，2021），但这些情况下使用的封装方法可能会因使用湿化学而带来特定的涂层挑战。湿法加工是制造聚合物薄膜最常用的方法之一。在湿法过程中，聚合反应发生在液相中，使用溶剂和催化剂。然而，这些过程的实施可能会带来某些限制。例如，溶剂和催化剂可能导致基底材料降解，产生杂质，降低薄膜质量，以及润湿问题等（Gleason，2015）。其中一些效应可以通过无溶剂化学气相沉积过程来缓解。引发化学气相沉积（iCVD）是一种新型的热丝CVD变体，用于生产均聚物和共聚物薄膜（Gleason，2015；Martin等人，2007；Lau和Gleason，2008）。在iCVD过程中，通过引发剂分子的热分解产生的自由基激活单体单元的不饱和键（通常在200–400℃的低丝温下），在基底表面形成单体自由基，然后在没有溶剂或湿相的情况下发生聚合。低基底温度（10–50℃）允许对纸张、聚合物、膜等温度敏感的材料进行涂层。图1展示了iCVD过程的机制，包括几个关键步骤（Lau和Gleason，2007）：
1) 和 2) 将单体和引发剂输送到反应室（气相）
3) 单体直接吸附到冷却的基底表面。
4) 使用加热的丝（200–400℃）分解（激活）引发剂以形成自由基（气相）。
5) 自由基与吸附在基底表面的单体分子相互作用，进行自由基聚合反应，包括引发、传播和终止步骤，以生成聚合物薄膜（表面过程）。
与湿法和传统CVD相比，引发化学气相沉积（iCVD）为传感器制造提供了几个独特的优势。作为一种无溶剂方法，iCVD消除了与液相沉积相关的问题，包括基底膨胀、敏感层溶解和污染，使其非常适合微结构和纳米结构的传感器平台。该过程能够实现优异的均匀性，因为气相单体和引发剂可以均匀地形成高纵横比几何形状。此外，iCVD中使用的低基底温度可以保持单体功能，并允许在柔性、聚合物和热敏感基底上进行沉积，这对于可穿戴和软电子传感器系统越来越重要（Baxamusa等人，2008；Gleason，2015；Martin等人，2007）。在可扩展性方面，iCVD已在晶圆级基底上得到验证，并且与反应器放大和卷对卷加工兼容（Labbé等人，2011）。这些属性使iCVD成为先进传感器技术中大规模制造功能性聚合物层的有前景的技术。
本研究的主要目标是生产一种保护性封装膜，以提高含有QD的传感器结构在应用或使用过程中暴露于不同化学和热条件时的耐久性。为了传感器结构，开发了一种无法单独承受测试的基于均聚物的QD纳米探针。开发了一种胶囊共聚物涂层来提高传感器结构的耐久性。均聚物和胶囊共聚物涂层都是使用iCVD系统生产的。
缩水甘油甲基丙烯酸酯（GMA）（图2(a)）被用作聚合物涂层中的主要单体，QD附着在其上形成传感器结构，并用于封装过程中生产的共聚物薄膜。GMA的环氧基团可用于进一步的功能化（Gleason，2015；Labbé等人，2011；Muzammil等人，2017；Kim等人，1996；Karabiyik和Ebil，2022）或通过环开反应进行交联（Gleason，2015）。此外，聚（GMA）的机械强度相当高，使其成为封装QD传感器结构的理想材料（Baxamusa等人，2009；Xu和Gleason，2010；Kimmins等人，2014）。
还通过使用交联剂通过iCVD合成了共聚物薄膜作为封装剂，以开发出耐用的保护性封装层。先前的研究表明，通过用EGDMA交联各种聚合物和共聚物结构可以提高其耐久性（Lau和Gleason，2007；Ozaydin-Ince和Gleason，2010；Alf等人，2011；Yang等人，2011；Bose等人，2012；McInnes等人，2012；Yang和Gleason，2012；Chen等人，2013；Ince等人，2013；Kaya等人，2013；Park等人，2025；Schw?ke等人，2025；Gleason，2024）。因此，在iCVD过程中使用EGDMA（图2(b)）作为交联剂来制造共聚物薄膜（图S1）。
半导体QDs由于具有更好的光学稳定性、高量子产率、大的斯托克斯位移、狭窄的发射光谱和长的荧光寿命等优点，成为许多不同传感器应用的理想选择（Xu和Gleason，2010；Chen等人，2008；Ghoswami等人，2011；Tansakul等人，2012；Cai等人，2014；Cheng等人，2019；Elmizadeh等人，2019；Farnoush和Afsaneh，2019；Chen等人，2020；Mansuriya和Altintas，2020）。最适合可见光应用、免疫标记和体内成像的量子点是基于CdSe和CdTe的QDs。CdSe和CdTe QDs在其结构中具有羧酸基团，可以很容易地附着在聚合物表面上，特别是那些用胺基团功能化的表面（Medintz等人，2005；Ince等人，2013；Prabhakaran等人，2012；Karab?y?k和Ebil，2024）。这一独特特性便于将这些QDs结合到功能化的聚合物表面上。
量子点（QDs）表现出尺寸可调的光致发光、狭窄的发射带宽和高光稳定性，使其成为化学和生物传感应用的理想荧光团（Alivisatos，1996；Medintz等人，2005）。然而，表面固定的QDs的耐久性仍然是实际传感器应用的主要限制。暴露于湿气、盐、有机溶剂、酸性介质和高温会导致配体解离、界面降解和荧光淬灭，从而导致传感器性能迅速下降（Giroux等人，2022）。尽管已经开发了各种封装策略——包括聚合物基质、二氧化硅壳和嵌段共聚物配体——来提高QD的稳定性（Lemon等人，2015；Lai等人，2018；Ko等人，2020；Lim等人，2021；Hu和Gao，2010；Prudnikau等人，2021），但这些方法主要是溶液处理的，因此容易受到溶剂引起的膨胀、质量传输驱动的降解以及与固态传感器架构的兼容性限制（Ko等人，2020；Hu和Gao，2010）。
有效的封装需要无溶剂处理、均匀覆盖以及设计用于限制侵蚀性物质传输的同时保持光学透明度的聚合物网络。引发化学气相沉积（iCVD）通过实现低温、无溶剂的聚合并精确控制薄膜厚度和网络结构来满足这些要求（Gleason，2015；Martin等人，2007；Lau和Gleason，2008；Lau和Gleason，2007）。交联的iCVD聚合物薄膜与线性涂层相比，表现出降低的链移动性、更低的溶剂渗透性和更高的热稳定性（Ozaydin-Ince和Gleason，2010；Flory，1953；Sperling，2006）。尽管有这些优势，但在结合化学和热应力的情况下，对表面固定的QD传感器纳米探针的交联iCVD封装尚未进行系统研究。在这项工作中，我们通过开发一种均匀沉积的聚（缩水甘油甲基丙烯酸酯-乙二醇二甲基丙烯酸酯）封装层来解决这一空白，并评估其化学耐久性、热耐受性和荧光保留。
