專(zhuān)利名稱(chēng)：一種多層保護(hù)超穩(wěn)定水溶性單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球的合成新方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米材料技術(shù)和生物技術(shù)交叉領(lǐng)域，涉及到一種多層保護(hù)超穩(wěn)定水溶性單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球的合成新方法。此方法在不同的制備階段能合成不同功能的單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球:兩性齊聚物修飾的水溶性單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球、二氧化硅包裹的油溶性單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球以及多層保護(hù)的水溶性單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球。采用本方法所合成的多層保護(hù)的單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球，其熒光穩(wěn)定性較傳統(tǒng)方法有大幅度提高，可用于細(xì)胞標(biāo)記、固態(tài)發(fā)光器件及可用于免疫層析快速檢測(cè)。因此本發(fā)明無(wú)論在實(shí)驗(yàn)室研究還是工業(yè)應(yīng)用方面都具很高的價(jià)值。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體熒光量子點(diǎn)由于具有卓越的光學(xué)和電學(xué)性能，使其在光學(xué)、電子學(xué)和生物檢測(cè)等領(lǐng)域引發(fā)了研究熱潮，并取得了較大的研究進(jìn)展。水溶性熒光量子點(diǎn)生物檢測(cè)材料(尤其用于細(xì)胞標(biāo)記和微孔免疫層析試紙條快速檢測(cè)領(lǐng)域)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一類(lèi)新型材料，它們可取代常規(guī)免疫檢測(cè)中常用的膠體金、乳膠顆粒、酶及有機(jī)熒光等標(biāo)記分子，在生物染色、免疫測(cè)定、原位雜交和多色成像等研究中發(fā)揮了巨大的作用。與傳統(tǒng)的發(fā)光材料相比，其優(yōu)點(diǎn)如下:傳統(tǒng)發(fā)光材料需在不同波長(zhǎng)條件下實(shí)現(xiàn)對(duì)不同生物分子的檢測(cè)，而熒光量子點(diǎn)標(biāo)記材料則可以在同一波長(zhǎng)下檢測(cè)不同粒徑的分子，從而實(shí)現(xiàn)多種生物分子的同時(shí)檢出；由于熒光量子點(diǎn)本身具備的量子效應(yīng)，其激發(fā)光源可采用多種光源，如可見(jiàn)光、紫外光、紅外光等，避免了傳統(tǒng)發(fā)光材料必須用激光光學(xué)儀器檢測(cè)而導(dǎo)致的成本過(guò)高問(wèn)題；另夕卜，熒光量子點(diǎn)標(biāo)記材料克服了傳統(tǒng)發(fā)光材料容易分解、發(fā)光時(shí)間短、發(fā)射譜線寬、本底高、檢測(cè)敏感度低的不足，可使檢測(cè)敏感度大大增加，可達(dá)皮克至飛克級(jí)；采用其作標(biāo)記材料，可實(shí)現(xiàn)生物分子的超微量檢測(cè)。
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近年來(lái)國(guó)際上很多研究小組對(duì)水溶性熒光量子點(diǎn)的合成進(jìn)行了研究。早期制備水溶性量子點(diǎn)的方法是利用含有巰基的小分子羧酸來(lái)交換量子點(diǎn)表面的有機(jī)配體。這種方法非常簡(jiǎn)單，但油溶性量子點(diǎn)水溶性化之后量子產(chǎn)率下降很多，并且所制備的量子點(diǎn)穩(wěn)定性比較差。第二種方法將量子點(diǎn)表面包裹二氧化硅殼層，二氧化硅表面被極性基團(tuán)功能化。二氧化硅殼層使得所制備的量子點(diǎn)在各種酸、堿、鹽溶液中能夠相對(duì)穩(wěn)定地存在。其它的能夠改變油溶性量子點(diǎn)極性從而使其水溶性化的有機(jī)分子包括磷脂(phospholipids)、樹(shù)形分子(dedrons)、低聚物配體、生物分子(bio-functional molecules)等。但是使用這些有機(jī)分子所制備的水溶性量子點(diǎn)產(chǎn)率比較低，表面修飾步驟比較繁瑣并且有機(jī)分子的合成成本高昂。兩性聚合物能夠組裝在油溶性量子點(diǎn)有機(jī)配體的表面從而使油溶性量子點(diǎn)水溶性化。所制備的水溶性量子點(diǎn)表面所包裹的聚合物層很好地保持了內(nèi)層油溶性量子點(diǎn)表面的非極性環(huán)境并且提供了比較厚的保護(hù)層，從而保護(hù)了量子點(diǎn)免受外界環(huán)境的破壞。在這樣的情況下，當(dāng)把油溶性量子點(diǎn)從有機(jī)溶劑轉(zhuǎn)移到水相之后，所制備的水溶性量子點(diǎn)基本上保持了油溶性量子點(diǎn)的高量子產(chǎn)率并且在水中能夠穩(wěn)定地存在。
要想將熒光量子點(diǎn)較好地應(yīng)用于生物檢測(cè)領(lǐng)域中，制備高熒光穩(wěn)定性的水溶性熒光量子點(diǎn)尤為重要。然而量子點(diǎn)的熒光穩(wěn)定性經(jīng)常會(huì)受到所用的緩沖液和溶劑的影響。當(dāng)量子點(diǎn)用低PH值或者高濃度鹽的溶液處理時(shí)，其熒光強(qiáng)度會(huì)出現(xiàn)大幅度的下降，甚至完全失去熒光性能。在這種情況下生物檢測(cè)的靈敏度將會(huì)大幅度下降，在極端的情況下雖然結(jié)果為陽(yáng)性，但是在層析試紙條上檢測(cè)不到熒光信號(hào)。比如，將聚合物修飾的CdSe/ZnS量子點(diǎn)用于在豬尿中檢測(cè)萊克多巴胺(Rac)的殘留，由于其含有高濃度的NH4+、K+、HCO3'Cl—以及較強(qiáng)的酸性環(huán)境，量子點(diǎn)不可避免地遭受明顯的“熒光淬滅”現(xiàn)象，從而失去檢測(cè)萊克多巴胺抗原的能力。 利用二氧化硅、聚合物、有機(jī)配體等材料包裹熒光量子點(diǎn)制備水溶性量子點(diǎn)的方法已經(jīng)取得了較大的研究進(jìn)展。但如何提高水溶性熒光量子點(diǎn)在各種生理環(huán)境中(尤其在低PH值或者高濃度鹽的溶液)的穩(wěn)定性仍是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。因此有必要結(jié)合有機(jī)配體、二氧化硅、聚合物等修飾方法的優(yōu)勢(shì)制備出超穩(wěn)定的水溶性熒光量子點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種多層保護(hù)超穩(wěn)定水溶性單個(gè)突光量子點(diǎn)和突光微球的合成新方法，并以此實(shí)現(xiàn)熒光量子點(diǎn)在各種生理環(huán)境(尤其是苛刻的生理環(huán)境)中熒光穩(wěn)定性的大幅度提高并可用于細(xì)胞標(biāo)記、固態(tài)發(fā)光器件及可用于免疫層析快速檢測(cè)。本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下(如圖1所示):
CD根據(jù)常用的有機(jī)相合成方法，選擇適當(dāng)?shù)臈l件合成高質(zhì)量的油溶性熒光量子點(diǎn)。所制備的熒光量子點(diǎn)單分散性好，半峰寬較窄，量子產(chǎn)率在10-90%之間。@將油溶性熒光量子點(diǎn)溶解于有機(jī)溶劑中制得溶液(量子點(diǎn)濃度為3-100 mg/
mL)，隨后將含有羧基或者胺基的雙親性齊聚物溶于上述溶液中混合；混合后油溶性量子點(diǎn)與雙親性齊聚物的物質(zhì)的量比為1:20-200;對(duì)混合液進(jìn)行充分?jǐn)嚢璨⑹褂袡C(jī)溶劑揮發(fā)；有機(jī)溶劑揮發(fā)完畢后加入適量的氨水溶液(pH = 9-10)，超聲10-30 min即得水溶性單個(gè)熒光量子點(diǎn)和突光微球。單個(gè)突光量子點(diǎn)尺寸在6-10 nm之間，而突光微球尺寸可調(diào)控在50-200 nm之間。其中所述有機(jī)溶劑為二氯甲烷、三氯甲烷和正己烷等。此方法合成的水溶性單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球可用于細(xì)胞標(biāo)記(如成纖維瘤細(xì)胞)和用于微孔免疫試紙條領(lǐng)域檢測(cè)某些生物分子(如人絨毛膜促性腺激素(HCG)和乙肝病毒(HBV)的檢測(cè))。 采用stober方法在水-乙醇體系中以氨水為催化劑水解二氧化硅前驅(qū)體(如
硅酸四乙酯和硅酸鈉)，將預(yù)先制備的水溶性單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球包裹進(jìn)二氧化硅中，溶液pH值可控制在8-10之間，二氧化硅前驅(qū)體與單個(gè)熒光量子點(diǎn)(或者熒光微球)的質(zhì)量比為1:90-800，反應(yīng)時(shí)間為8-24 h。 二氧化硅殼層厚度可以控制在1.2-9.0 nm之間。④常溫下，將二氧化硅包裹的單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球分散于無(wú)水乙醇中制得溶液(濃度為15-400 mg/mL)，隨后在攪拌條件下將長(zhǎng)碳鏈硅烷偶聯(lián)劑加入到上述溶液中混合，混合后二氧化硅包裹的單個(gè)熒光量子點(diǎn)(或者熒光微球)與硅烷偶聯(lián)劑物質(zhì)的量比為1:20-80，溶液pH值可控制在8-10之間。反應(yīng)時(shí)間為12-36 h。最終可使二氧化硅包裹的單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球表面修飾上疏水基團(tuán)(能分散于有機(jī)溶劑中)。此種方法制備的油溶性復(fù)合單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球可用于固態(tài)發(fā)光領(lǐng)域。
利用含有羧基或者胺基的雙親性齊聚物將所上述合成的油溶性復(fù)合單個(gè)熒光
量子點(diǎn)和熒光微球重新轉(zhuǎn)移至水相中(油溶性復(fù)合單個(gè)量子點(diǎn)(或者熒光微球)與雙親性齊聚物的物質(zhì)的量比為1:200-400)，最終得羧基或者胺基化水溶性多層保護(hù)單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球。所制備的多層保護(hù)水溶性單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球可在苛刻的生理環(huán)境中用于微孔免疫試紙條領(lǐng)域檢測(cè)某些生物分子(如在豬尿中檢測(cè)鹽酸克倫特羅(Cle)和萊克多巴胺(Rac)殘留)。本發(fā)明以半導(dǎo)體熒光量子點(diǎn)為核心，在其表面依次包裹不同類(lèi)型的保護(hù)層，制備出了兩性齊聚物修飾的單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球、二氧化硅包裹的油溶性單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球以及多層保護(hù)的水溶性單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球。所合成的多層保護(hù)水溶性單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球具有高熒光和高穩(wěn)定性的特點(diǎn)，因此在各種酸、堿、鹽環(huán)境，尤其是在苛刻生理環(huán)境中相對(duì)于傳統(tǒng)材料修飾的熒光量子點(diǎn)其穩(wěn)定性有大幅度的提高。步驟 所述的半導(dǎo)體熒光量子點(diǎn)為核殼結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體量子點(diǎn)或摻雜半導(dǎo)體量
子點(diǎn)，如 CdSe/CdS、CdSe/ZnS、CdSe/CdS/ZnS、ZnSe/ZnS、ZnSe/CdSe/ZnS、CuInS2/ZnS、CuInZnxS2+x/ZnS、CdxZrvxSeAnS、CdS/ZnSe、ZnSe/CdSe/ZnS、CdTe/CdSe 等核殼結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體量子點(diǎn)以及Mn-ZnSe/ZnS等摻雜結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)。此外Fe3O4、Au、Ag和Fe304_CdSe/ZnS雙功能量子點(diǎn)可以被采用。步驟@中采用的量子點(diǎn)表面修飾劑為含有羧基或者胺基功能團(tuán)的雙親性齊聚
物。如聚馬來(lái)酸十六醇酯、聚馬來(lái)酸十二醇酯、聚馬來(lái)酸酐-聚乙二醇酯、聚馬來(lái)酸酐-聚乙二醇-三乙醇胺酯、聚馬來(lái)酸酐-聚乙二醇-乙二胺酯等。具體根據(jù)使用領(lǐng)域的差別，可設(shè)計(jì)不同分子結(jié)構(gòu)的低分子齊聚物，從而可以在單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球表面帶上不同的官能團(tuán)。步驟 中含有疏水基團(tuán)的修飾劑為長(zhǎng)碳鏈的硅烷偶聯(lián)劑，包括十八烷基三甲氧
基娃燒(trimethoxy (octadecyl) silane)、十二燒基三甲氧基娃燒(trimethoxy (dodecyl)silane)、十八燒基三乙氧基娃燒(triethoxy (octadecyl) silane)和十二燒基三乙氧基娃燒(triethoxy (dodecyl) silane)等。所制備的多層保護(hù)水溶性單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球，其表面富含大量羧基或者胺基基團(tuán)。當(dāng)偶聯(lián)特定的抗體后，可形成高強(qiáng)度、高穩(wěn)定的熒光探針。以此多層保護(hù)的水溶性單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球?yàn)樘结橀_(kāi)發(fā)出的免疫層析快速檢測(cè)試紙條與膠體金免疫層析以及傳統(tǒng)的水溶性量子點(diǎn)作為探針的免疫層析方法相比其穩(wěn)定性和靈敏度都大大提高。尤其在苛刻環(huán)境中檢測(cè)生物分子，具有傳統(tǒng)標(biāo)記材料不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于發(fā)光材料、毒品檢測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品安全檢測(cè)等領(lǐng)域。本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，有以下優(yōu)點(diǎn):
I本發(fā)明在不同的制備階段能合成不同功能的高質(zhì)量單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球:兩性齊聚物修飾的水溶性單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球、二氧化硅包裹的油溶性單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球以及多層保護(hù)的水溶性單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球。2本發(fā)明方法步驟簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)，重復(fù)性好；生產(chǎn)成本低，合成的各種類(lèi)型熒光量子點(diǎn)分散性好。3尤其所制備的多層保護(hù)水溶性單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球具有高熒光和高穩(wěn)定性的特點(diǎn)，因此其可在各種酸、堿、鹽環(huán)境，尤其是在苛刻生理環(huán)境(如豬尿)中能夠穩(wěn)定地存在(具有普適性)。4兩性齊聚物修飾的單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球、二氧化硅包裹的油溶性單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球以及多層保護(hù)的水溶性單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球可廣泛應(yīng)用于可用于細(xì)胞標(biāo)記、固態(tài)發(fā)光器件及可用于免疫層析快速檢測(cè)。


圖1為制備多層保護(hù)的水溶性單個(gè)熒光量子點(diǎn)示意圖。圖2為實(shí)例I中油溶性(a)和聚馬來(lái)酸十六醇酯包裹的水溶性(b)單個(gè)CdSe/ZnS熒光量子點(diǎn)TEM圖片。圖3實(shí)例I中粒徑為22.6 nm的二氧化硅-單個(gè)CdSe/ZnS量子點(diǎn)復(fù)合粒子TEM圖。圖4實(shí)例I中油 溶性二氧化硅-單個(gè)CdSe/ZnS量子點(diǎn)復(fù)合粒子的TEM照片。圖5實(shí)例I中多層保護(hù)單個(gè)CdSe/ZnS量子點(diǎn)復(fù)合粒子的TEM照片。圖6實(shí)例I中CdSe/ZnS熒光量子點(diǎn)在包裹不同保護(hù)層的過(guò)程中熒光強(qiáng)度變化圖。圖7實(shí)例I中聚馬來(lái)酸十六醇酯包裹的水溶性單個(gè)CdSe/ZnS熒光量子點(diǎn)、二氧化硅包裹的油溶性單個(gè)CdSe/ZnS量子點(diǎn)和多層保護(hù)的水溶性單個(gè)CdSe/ZnS量子點(diǎn)在日光(a)和紫外光(b)照射下的照片。圖8實(shí)例I中多層保護(hù)水溶性單個(gè)CdSe/ZnS復(fù)合量子點(diǎn)(▲ )、SiO2包裹單個(gè)CdSe/ZnS量子點(diǎn)( )和PMAH修飾的水溶性單個(gè)CdSe/ZnS量子點(diǎn)(■)在豬尿中的穩(wěn)定性比較。圖9實(shí)例2中粒徑為16.1 nm的二氧化硅-單個(gè)CdSe/ZnS量子點(diǎn)復(fù)合粒子TEM圖。圖10實(shí)例3中制備不同粒徑CdSe/ZnS熒光微球的TEM照片。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
兩性齊聚物修飾的水溶性單個(gè)CdSe/ZnS熒光量子點(diǎn)(PL = 624 nm)的制備:取兩性齊聚物——聚馬來(lái)酸十六醇酯(PMAH) 0.2 g溶解于10 mL氯仿中，隨后加入2 mL的CdSe/ZnS (0.04g，溶于氯仿中)油溶性量子點(diǎn)并攪拌混合?；旌贤戤吅?，加熱揮發(fā)氯仿，在2分鐘內(nèi)揮發(fā)完畢。隨后加入10 mL氨水溶液(含有I mL濃氨水，30%)，超聲20分鐘，至量子點(diǎn)完全溶解于水中。最后將量子點(diǎn)水溶液于0.2-的微孔濾膜過(guò)濾。過(guò)濾完畢得澄清量子點(diǎn)水溶液。在20000 rpm下離心30 min以除去多余的聚合物，離心過(guò)程重復(fù)3次，重新分散于5 mL的去離子水中待用。油溶性(a)和聚馬來(lái)酸十六醇酯包裹的水溶性(b)CdSe/ZnS熒光量子點(diǎn)粒徑用投射電子顯微鏡(TEM)進(jìn)行表征，如圖2所示。二氧化硅-CdSe/ZnS復(fù)合粒子的制備:將上述量子點(diǎn)水溶液加入80 mL無(wú)水乙醇中，攪拌I h并滴加適量氨水調(diào)節(jié)溶液pH值在8-10之間。在反應(yīng)體系中，加入80 uL的正硅酸乙酯，在25 °C下反應(yīng)12 h。反應(yīng)結(jié)束后離心分離三次，重新分散于20 mL無(wú)水乙醇中。經(jīng)TEM表征，其粒徑為22.6 nm (圖3所示)。油溶性二氧化硅-CdSe/ZnS復(fù)合粒子的制備:在上述二氧化硅-CdSe/ZnS乙醇溶液中滴加I mL濃氨水(30%)，隨后滴加5 mL十八烷基三甲氧基硅烷[nLl]的氯仿溶液(ImL OTMS分散于4 mL氯仿中)，反應(yīng)24小時(shí)。最后離心三次，分散于10 mL氯仿溶液中待用。油溶性二氧化硅-CdSe/ZnS復(fù)合粒子的TEM照片如圖4所示。多層保護(hù)CdSe/ZnS復(fù)合粒子的制備:制備水溶性二氧化硅-CdSe/ZnS復(fù)合粒子的過(guò)程與水溶性CdSe/ZnS熒光量子點(diǎn)類(lèi)似，只是聚馬來(lái)酸十六醇酯的量改為0.4 g。多層保護(hù)CdSe/ZnS復(fù)合粒子的TEM照片如圖5所示。在多層保護(hù)水溶性單個(gè)CdSe/ZnS復(fù)合粒子的過(guò)程中，我們對(duì)CdSe/ZnS量子點(diǎn)的量子產(chǎn)率變化進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)最終制備的多層保護(hù)水溶性CdSe/ZnS復(fù)合粒子的量子產(chǎn)率比油溶性CdSe/ZnS量子點(diǎn)的量子產(chǎn)率僅僅低了10% (圖6所示)。所制備的兩性齊聚物修飾的水溶性單個(gè)熒光量子點(diǎn)、二氧化硅包裹的油溶性單個(gè)熒光量子點(diǎn)和多層保護(hù)的水溶性單個(gè)量子點(diǎn)在紫外光的照射下發(fā)出明亮的紅色光(圖7所示)。所合成的多層保護(hù)水溶性單個(gè)CdSe/ZnS量子點(diǎn)在苛刻的生理環(huán)境中(如豬尿)其熒光穩(wěn)定性比兩性齊聚物修飾的水溶性單個(gè)CdSe/ZnS熒光量子點(diǎn)有著大幅度的提高(圖8)。實(shí)施例2
水溶性單個(gè)CdSe/ZnS熒光量子點(diǎn)(PL = 624 nm)的制備:與實(shí)施例1相同。二氧化硅-CdSe/ZnS復(fù)合粒子的制備:將上述量子點(diǎn)水溶液加入80 mL無(wú)水乙醇中，攪拌I h并滴加適量氨水調(diào)節(jié)溶液pH值在8-10之間。在反應(yīng)體系中，加入20 uL的正硅酸乙酯，在25 °C下反應(yīng)12 h。反應(yīng)結(jié)束后離心分離三次，重新分散于20 mL無(wú)水乙醇中。經(jīng)TEM表征，其粒徑為16.1 nm (圖9所示)。油溶性二氧化硅-CdSe/ZnS復(fù)合粒子的制備:與實(shí)施例1相同。多層保護(hù)CdSe/ZnS復(fù)合粒子的制備:制備水溶性二氧化硅-CdSe/ZnS復(fù)合粒子的過(guò)程與水溶性CdSe/ZnS熒光量子點(diǎn)類(lèi)似，只是聚馬來(lái)酸十六醇酯的量改為0.5 g。實(shí)施例3
兩性齊聚物修飾的水溶性CdSe/ZnS熒光微球(PL = 624 nm)的制備:取2 mL CdSe/ZnS (0.04g，溶于氯仿中)油溶性量子點(diǎn)溶解于10 mL氯仿中，隨后加入一定質(zhì)量的兩性齊聚物——聚馬來(lái)酸十六醇酯(PMAH)并攪拌混合。混合完畢后(PMAH和量子點(diǎn)的摩爾比可在20:1-120:1范圍內(nèi)調(diào)節(jié))，加熱揮發(fā)氯仿，在2分鐘內(nèi)揮發(fā)完畢。隨后加入10 mL氨水溶液(含有I mL濃氨水，30%)，超聲20分鐘，至熒光微球完全溶解于水中。最后將熒光微球水溶液于0.45-1i m的微孔濾膜過(guò)濾。在10000 rpm下離心20 min以除去多余的聚合物,離心過(guò)程重復(fù)3次，重新分散于5 mL的去離子水中待用。所得不同粒徑熒光微球的TEM照片如圖10所示。二氧化硅-CdSe/ZnS微球復(fù)合粒子的制備:與實(shí)施例1相同。油溶性二氧化硅-CdSe/ZnS微球復(fù)合粒子的制備:與實(shí)施例1相同。多層保護(hù)CdSe/ZnS微球復(fù)合粒子的制備:與實(shí)施例1相同。實(shí)施例4
兩性齊聚物修飾的水溶性單個(gè)CdSe/ZnS熒光量子點(diǎn)(PL = 624 nm)的制備:取兩性齊聚物一聚馬來(lái)酸酐-聚乙二醇酯0.46g溶解于10 mL氯仿中，隨后加入2 mL的CdSe/ZnS (0.04g，溶于氯仿中)油溶性量子點(diǎn)并攪拌混合?；旌贤戤吅?，加熱揮發(fā)氯仿，在2分鐘內(nèi)揮發(fā)完畢。隨后加入10 mL氨水溶液(含有I mL濃氨水，30%)，超聲20分鐘，至量子點(diǎn)完全溶解于水中。最后將單個(gè)量子點(diǎn)水溶液于0.2-的微孔濾膜過(guò)濾。過(guò)濾完畢得澄清量子點(diǎn)水溶液。在20000 rpm下離心30 min以除去多余的聚合物，離心過(guò)程重復(fù)3次，重新分散于5 mL的去尚子水中待用。二氧化硅-CdSe/ZnS復(fù)合粒子的制備:與實(shí)施例1相同。油溶性二氧化硅-CdSe/ZnS復(fù)合粒子的制備:在上述二氧化硅-CdSe/ZnS乙醇溶液中滴加I mL濃氨水(30%)，隨后滴加5 mL十八烷基三甲氧基硅烷(OTMS)的氯仿溶液(2 mL OTMS分散于 3 mL氯仿中)，反應(yīng)36小時(shí)。最后離心三次，分散于10 mL氯仿溶液中待用。多層保護(hù)CdSe/ZnS復(fù)合粒子的制備:制備水溶性二氧化硅-CdSe/ZnS復(fù)合粒子的過(guò)程與水溶性CdSe/ZnS熒光量子點(diǎn)類(lèi)似，只是聚馬來(lái)酸酐_聚乙二醇酯的量改為0.58g°實(shí)施例5
兩性齊聚物修飾的水溶性單個(gè)CdxZrvxSe熒光量子點(diǎn)(PL = 615 nm)的制備:取兩性齊聚物——聚馬來(lái)酸十六醇酯(PMAH) 0.18 g溶解于10 mL氯仿中，隨后加入2 mL的CdxZrvxSe (0.04 g，溶于氯仿中)油溶性量子點(diǎn)并攪拌混合?；旌贤戤吅?加熱揮發(fā)氯仿，在2分鐘內(nèi)揮發(fā)完畢。隨后加入10 mL氨水溶液(含有I mL濃氨水，30%)，超聲20分鐘，至量子點(diǎn)完全溶解于水中。最后將量子點(diǎn)水溶液于0.2-的微孔濾膜過(guò)濾。過(guò)濾完畢得澄清量子點(diǎn)水溶液。在20000 rpm下離心30 min以除去多余的聚合物，離心過(guò)程重復(fù)3次，重新分散于5 mL的去離子水中待用。二氧化硅-CdxZrvxSe復(fù)合粒子的制備:與實(shí)施例1相同。油溶性二氧化硅-CdxZrvxSeS復(fù)合粒子的制備:與實(shí)施例1相同。多層保護(hù)CdxZrvxSe復(fù)合粒子的制備:與實(shí)施例1相同。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)例，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、改進(jìn)等，均應(yīng)包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種多層保護(hù)超穩(wěn)定水溶性單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球的合成新方法，包括以下步驟: ①根據(jù)常用的有機(jī)相合成方法，選擇適當(dāng)?shù)臈l件合成高質(zhì)量的油溶性熒光量子點(diǎn)。所制備的熒光量子點(diǎn)單分散性好，半峰寬較窄，量子產(chǎn)率在10-90%之間。
②將油溶性熒光量子點(diǎn)溶解于有機(jī)溶劑中制得溶液(量子點(diǎn)濃度為3-100mg/mL)，隨后將含有羧基或者胺基的雙親性齊聚物溶于上述溶液中混合；混合后油溶性量子點(diǎn)與雙親性齊聚物的物質(zhì)的量比為1:20-200;對(duì)混合液進(jìn)行充分?jǐn)嚢璨⑹褂袡C(jī)溶劑揮發(fā)；有機(jī)溶劑揮發(fā)完畢后加入適量的氨水溶液(PH = 9-10)，超聲10-30 min即得水溶性單個(gè)熒光量子點(diǎn)和突光微球。單個(gè)突光量子點(diǎn)尺寸在6-10 nm之間，而突光微球尺寸可調(diào)控在50-200nm之間。其中所述有機(jī)溶劑為二氯甲烷、三氯甲烷和正己烷等。此方法合成的水溶性單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球可用于細(xì)胞標(biāo)記(如成纖維瘤細(xì)胞)和用于微孔免疫試紙條領(lǐng)域檢測(cè)某些生物分子(如人絨毛膜促性腺激素(HCG)和乙肝病毒(HBV)的檢測(cè))。
③采用stober方法在水-乙醇體系中以氨水為催化劑水解二氧化硅前驅(qū)體(如硅酸四乙酯和硅酸鈉)，將預(yù)先制備的水溶性單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球包裹進(jìn)二氧化硅中，溶液PH值可控制在8-10之間，二氧化硅前驅(qū)體與單個(gè)熒光量子點(diǎn)(或者熒光微球)的質(zhì)量比為1:90-800，反應(yīng)時(shí)間為8-24 h。二氧化硅殼層厚度可以控制在1.2-9.0 nm之間。
④常溫下，將二氧化硅包裹的單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球分散于無(wú)水乙醇中制得溶液(濃度為15-400 mg/mL)，隨后在攪拌條件下將長(zhǎng)碳鏈硅烷偶聯(lián)劑加入到上述溶液中混合，混合后二氧化硅包裹的單個(gè)熒光量子點(diǎn)(或者熒光微球)與硅烷偶聯(lián)劑物質(zhì)的量比為1:20-80，溶液pH值可控制在8-10之間。反應(yīng)時(shí)間為12-36 h。最終可使二氧化硅包裹的單個(gè)突光量子點(diǎn)和突光微球表面修飾上疏水基團(tuán)(能分散于有機(jī)溶劑中)。此種方法制備的油溶性復(fù)合單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球可用于固態(tài)發(fā)光領(lǐng)域。
⑤利用含有羧基或者胺基的雙親性齊聚物將所上述合成的油溶性復(fù)合單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球重新轉(zhuǎn)移至水相中(油溶性復(fù)合單個(gè)量子點(diǎn)(或者熒光微球)與雙親性齊聚物的物質(zhì)的量比為1:200-400)，最終得羧基或者胺基化水溶性多層保護(hù)單個(gè)熒光量子點(diǎn)和突光微球。所制備的多層保護(hù)水溶性單個(gè)突光量子點(diǎn)和突光微球可在苛刻的生理環(huán)境中用于微孔免疫試紙條領(lǐng)域檢測(cè)某些生物分子(如在豬尿中檢測(cè)鹽酸克倫特羅(Cle)和萊克多巴胺(Rac)殘留)。
2.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)I所述的一種多層保護(hù)超穩(wěn)定水溶性單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球的合成新方法，其特征在于單個(gè)突光量子點(diǎn)和突光微球被雙親性齊聚物、二氧化娃殼層、長(zhǎng)碳鏈硅烷偶聯(lián)劑等三種不同類(lèi)型的保護(hù)層所包裹。
3.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)I所述的一種多層保護(hù)超穩(wěn)定水溶性單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球的合成新方法，其特征在于在不同的合成階段能制備不同用途的單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球:雙親性齊聚物修飾的水溶性單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球、二氧化硅包裹的油溶性單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球以及多層保護(hù)的水溶性單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球。
4.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)I所述的一種多層保護(hù)超穩(wěn)定水溶性單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球的合成新方法，其特征在于多層保護(hù)的水溶性單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球可在各種酸、堿、鹽環(huán)境，尤其是在苛刻生理環(huán)境中穩(wěn)定存在(具有普適性)。
5.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)I所述的一種多層保護(hù)超穩(wěn)定水溶性單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球的合成新方法，其特征在于所采用的熒光量子點(diǎn)包括CdSe/CdS、CdSe/ZnS、CdSe/CdS/ZnS、ZnSe/ZnS、ZnSe/CdSe/ZnS、CuInS2/ZnS、CuInZnxS2+x/ZnS、CdxZn1^SeZZnS, CdS/ZnSe、ZnSe/CdSe/ZnS、CdTe/CdSe等核殼結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體量子點(diǎn)以及Mn_ZnSe/ZnS等摻雜結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)。此外Fe304、Au、Ag和Fe304-CdSe/ZnS雙功能量子點(diǎn)可以被采用。
6.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)I所述的一種多層保護(hù)超穩(wěn)定水溶性單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球的合成新方法，其特征在于步驟②中所述的水溶性單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球是通過(guò)油相合成而后進(jìn)行水相改性而制備的，所使用的雙親性齊聚物和量子點(diǎn)的比例為1:20-200，所制備的水溶性單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球表面功能團(tuán)為羧基或者胺基。
7.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)I所述的一種多層保護(hù)超穩(wěn)定水溶性單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球的合成新方法，其特征在于步驟②中采用的量子點(diǎn)表面修飾劑為含有羧基或者胺基功能團(tuán)的雙親性齊聚物。如聚馬來(lái)酸十六醇酯、聚馬來(lái)酸十二醇酯、聚馬來(lái)酸酐-聚乙二醇酯、聚馬來(lái)酸酐-聚乙二醇-三乙醇胺酯、聚馬來(lái)酸酐-聚乙二醇-乙二胺酯等。
8.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)I所述的一種多層保護(hù)超穩(wěn)定水溶性單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球的合成新方法，其特征在于步驟③中制備二氧化硅包裹的單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球采用的是stober方法水解二氧化硅前驅(qū)體(如硅酸四乙酯和硅酸鈉等)，二氧化硅前驅(qū)體與單個(gè)熒光量子點(diǎn)(或者熒光微球)的質(zhì)量比為1:90-800。
9.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)I所述的一種多層保護(hù)超穩(wěn)定水溶性單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球的合成新方法，其特征在于步驟④中含有疏水基團(tuán)的修飾劑為長(zhǎng)碳鏈硅烷偶聯(lián)劑，包括十八燒基三甲氧基娃燒(trimethoxy (octadecyl) silane)、十二燒基三甲氧基娃燒(trimethoxy (dodecyl) silane)、十八燒基三乙氧基娃燒(triethoxy (octadecyl) silane)和十二燒基三乙氧基娃燒(triethoxy (dodecyl) silane)等。單個(gè)突光量子點(diǎn)(或者突光微球)與長(zhǎng)碳鏈硅烷偶聯(lián)劑物質(zhì)的量比為1:20_80。
全文摘要
本發(fā)明(即一種多層保護(hù)超穩(wěn)定水溶性單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球的合成新方法)涉及一種制備多層保護(hù)超穩(wěn)定水溶性單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球的合成新方法。本發(fā)明首先利用兩性齊聚物，將油溶性熒光量子點(diǎn)轉(zhuǎn)移至水相中；然后將水溶性單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球包裹進(jìn)二氧化硅中；隨后使二氧化硅包裹的單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球表面帶有疏水基團(tuán)，最后重新利用兩性齊聚物制備出多層保護(hù)超穩(wěn)定水溶性單個(gè)熒光量子點(diǎn)和熒光微球。通過(guò)此方法可最大限度保護(hù)熒光量子點(diǎn)免受外界環(huán)境(如強(qiáng)酸，強(qiáng)堿，鹽等)的破壞作用。在微孔免疫試紙條生物檢測(cè)系統(tǒng)中可用于檢測(cè)人絨毛促性腺激素(HCG),艾滋病毒(HIV)，肝炎和豬尿中的瘦肉精——萊克多巴胺(Rac)殘留等。
文檔編號(hào)C09K11/88GK103205257SQ201310043888
公開(kāi)日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月4日
發(fā)明者李林松, 周長(zhǎng)華, 申懷彬 申請(qǐng)人:河南大學(xué)