一種核殼結(jié)構(gòu)量子點復(fù)合納米晶熒光探針及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米材料的制備技術(shù)及生物分析檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種核殼結(jié)構(gòu)量子點復(fù)合納米晶及其探針的制備方法，該探針可以用于檢測溶液中痕量金屬離子。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體量子點主要是由I1-VI族或II1-V族元素組成的尺寸在1-10 nm之間的納米顆粒，當(dāng)半導(dǎo)體材料的尺寸小于或接近于激子波爾半徑時，離子能量出現(xiàn)量子化，因此，半導(dǎo)體量子點的光學(xué)性質(zhì)隨粒子尺寸的變化而改變，同時其發(fā)光效率與體相材料相比也有很大提高。量子點的制備一直是人們關(guān)注的熱點，從有機相到水相，從低熒光量子產(chǎn)率到高熒光量子產(chǎn)率，從短熒光壽命到長熒光壽命，量子點的制備技術(shù)在不斷發(fā)展。目前量子點作為熒光探針可以同時實現(xiàn)對疾病診斷、跟蹤、治療于一體的多功能型量子點。同時，與傳統(tǒng)的燃料探針相比，量子點探針具有抗光漂白，激發(fā)波長寬的特點，量子點表面易功能化，有利于引入能特異性識別客體的活性基團(tuán)。本發(fā)明基于量子點的發(fā)光特性，在量子點表面引入還原型谷胱甘肽作為穩(wěn)定劑，獲得一種特異性識別金屬離子的探針。這一探針可以實現(xiàn)實時監(jiān)測細(xì)胞內(nèi)游離金屬離子濃度的變化水平，而且可檢測其它樣品中金屬離子的濃度。因此，獲得熒光量子產(chǎn)率更高、更穩(wěn)定及生物相容性更好的的量子點的制備及其在各領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要的意義。
[0003]目前，廣泛應(yīng)用的是鎘類量子點，但由于鎘的生物毒性，限制了其在生物醫(yī)學(xué)及生物檢測領(lǐng)域的應(yīng)用。由于Zn的無毒無害特性，因此Zn類量子點相比Cd類量子點具有更好的環(huán)境相容性。但由于表面懸空鍵較多及表面存在大量非輻射復(fù)合中心等缺點，制備的Zn類量子點存在易氧化、不穩(wěn)定及量子產(chǎn)率較低等問題。我們通過在制備的Zn類量子點表面包覆一層含有類ZnS團(tuán)簇的S12殼層，從而使量子點表面缺陷減少，量子產(chǎn)率、顆粒的穩(wěn)定性及生物相容性明顯提高，可以更廣泛的應(yīng)用于生物傳感器、熒光探針、生物標(biāo)記等領(lǐng)域。
[0004]經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，在ZnSe量子點表面包覆3丨02殼層已經(jīng)有相關(guān)的報道。Ando 等人(Masanori Ando, Chunliang Li, Ping Yang, and Nor1 Murase,Blue-Emitting Small Silica Particles Incorporating ZnSe-Based NanocrystalsPrepared by Reverse Micelle Method, Journal of B1medicine and B1technology,2007，2007, 52971.)通過反相微乳液法制備ZnSe@Si02納米晶，在合成過程中，采用壬基酚聚醚-5( C0-520)和環(huán)己烷形成的微乳液體系，經(jīng)過三步反應(yīng)合成。但是這種制備方法引入了新的有機物質(zhì)對后期的量子點的分離帶來困難，量子點的產(chǎn)率提高有限；同時微乳液方法制備包覆Si02m米晶，由于微反應(yīng)器的限制，制備ZnSeOS1 2納米晶的產(chǎn)量較小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種制備過程簡單，產(chǎn)率高，且發(fā)光性能、穩(wěn)定性及生物相容性好的水溶性核殼結(jié)構(gòu)量子點復(fù)合納米晶及探針的制備方法。首先，本發(fā)明提供了一種ZnSe基量子點核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合納米晶的制備方法，該殼層為含有類ZnS半導(dǎo)體簇的復(fù)合二氧化硅殼，通過包覆復(fù)合二氧化硅殼，量子點克服了普通量子點物理化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定性，發(fā)光性能易受外界環(huán)境影響等不足，同時量子點的產(chǎn)率得到明顯提高。其次，利用重金屬離子對量子點的熒光猝滅作用，可形成探測金屬離子的離子探針。本發(fā)明的熒光探針具有很高的靈敏度，良好的穩(wěn)定性，并且對生物體毒性較小，具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0006]本發(fā)明是通過以下措施實現(xiàn)的:
一種核殼結(jié)構(gòu)量子點復(fù)合納米晶的制備方法，采用以下步驟:
(a)將ZnSe或ZnSeOZnS量子點通過醇離心分離，然后分散到水中，得到量子點濃度為3.5X 1(Γ4~8.5Χ 1(Γ3 mol/L 的水溶液；
(b)將上述量子點溶液中加入表面穩(wěn)定劑和Zn源，其中表面穩(wěn)性劑的濃度為5X 10_3~5X 10_2 mol/L，加入濃度為I mol/L的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)溶液的pH為9~11，之后加入燒氧基娃燒試劑、氨水得到包覆二氧化娃的前驅(qū)體溶液，在室溫下反應(yīng)1-6 h，得到包覆二氧化硅的膠體溶液；
(c)將上述膠體溶液在磁力攪拌下，加熱至90-120°C，油浴回流反應(yīng)1-10h，得到復(fù)合二氧化硅殼包覆的高發(fā)光效率的核殼結(jié)構(gòu)量子點。
[0007]本發(fā)明中量子點的制備方法，包括如下步驟:(I)ZnSe量子點的制備過程如下:采用化學(xué)共沉淀法，將物質(zhì)的量的比為2:1-8:1的似8比與Se粉在氮氣的保護(hù)性溶于2_5mL蒸餾水，得到Se的前驅(qū)體溶液；將Zn2+源按照Zn 2+與Se 2_物質(zhì)的量比為2:1-5:1溶于15-30 mL蒸餾水，加入表面穩(wěn)定劑，其中表面穩(wěn)定劑與Zn2+的摩爾比為1:1_4:1，并用濃度為I mol/L的氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液的pH值為9-12，得到Zn前驅(qū)體；將Se的前驅(qū)體溶液迅速注入到Zn前驅(qū)體中，在氮氣保護(hù)下，磁力攪拌加熱，在90-120°C，油浴回流反應(yīng)1_10 h，得到水溶性ZnSe量子點；
(2)ZnSeiZnS量子點的制備過程如下:取步驟(I)中制備的ZnSe量子點加入Zn源、硫脲和表面穩(wěn)定劑，其中ZnSe量子點的濃度為9X10—4 - 8X10—3 mol/L, Zn源、表面穩(wěn)定劑與硫脲的摩爾比為1:0.5-4:0.5-8，用配置好的濃度為I mol/L NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值為8-11.5，在磁力攪拌下，加熱至90-120 °C，油浴回流反應(yīng)1-8 h，得到水溶性高熒光效率的ZnSeiZnS量子點。
[0008]本發(fā)明中步驟(a)中醇為異丙醇或乙醇。
[0009]本發(fā)明所述表面穩(wěn)定劑為還原性谷胱甘肽。
[0010]本發(fā)明步驟(b)中Zn源為氯化鋅、碘化鋅、硝酸鋅、氧化鋅、高氯酸鋅、氯酸鋅、碘酸鋅、硫酸鋅、氫氧化鋅或碳酸鋅；烷氧基硅烷試劑包括正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯、或正硅酸丁酯；烷氧基硅烷試劑的濃度為1.5 X 10_3~1.5X 1(T2 mol/L，氨水的濃度為6X10_3~7X10_2 mol/L。
[0011]本發(fā)明步驟(b)中量子點、鋅源、烷氧基硅烷試劑的摩爾比為1:0.5-15:0.5-9ο
[0012]本發(fā)明步驟(C)中所述復(fù)合二氧化硅殼中含有類ZnS半導(dǎo)體納米簇，半導(dǎo)體納米簇均勻分布在復(fù)合二氧化硅殼中，顆粒粒徑為0.5-2.5 nm。
[0013]本發(fā)明一種高效率的熒光探針，制備過程如下:取10PL制備好的核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合納米晶，其中復(fù)合納米晶的濃度為2Χ10-5~2Χ10_4 mol/L加入1.8 mL pH=7.4，濃度為0.01mol/L的緩沖溶液中，同時加入最高濃度為2X 10_6~2X 10_5 mol/L的銅、汞、銀、鉛金屬離子，制得用于檢測痕量金屬離子的熒光探針。
[0014]本發(fā)明中緩沖溶液體系包括磷酸二氫鉀-磷酸氫二鈉、硼酸-硼砂、甘氨酸-氫氧化鈉、三羥甲基氨基甲烷鹽酸鹽(Tris-HCl)或醋酸-醋酸鈉。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果:
本發(fā)明提供了一種核殼結(jié)構(gòu)量子點復(fù)合納米晶熒光探針的制備方法，本發(fā)明制得的ZnSe基量子點具有立方閃鋅礦結(jié)構(gòu)，粒徑范圍為3.5±0.5 nm ;包覆復(fù)合S12殼層后，復(fù)合納米晶的顆粒明顯增大，粒徑范圍為5±0.5nm，同時熒光光譜和吸收光譜發(fā)生紅移，紅移主要是復(fù)合S12殼層中半導(dǎo)體ZnS團(tuán)簇的厚度隨回流時間的延長而增大。與傳統(tǒng)的S1 2包覆量子點比較，這種復(fù)合3102殼層中含有半導(dǎo)體團(tuán)簇，進(jìn)一步提高了復(fù)合納米晶的各項性能；核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合納米晶的發(fā)光效率明顯提高，例如量子點的量子產(chǎn)率為20-30%，得到的3102包覆的復(fù)合納米晶的產(chǎn)率可達(dá)40-90%，同時復(fù)合納米晶表現(xiàn)出更好的穩(wěn)定性及生物相容性，基于熒光猝滅作用可用于溶液中痕量重金屬離子的檢測，該離子探針具有高的穩(wěn)定性，熒光強度及高的靈敏度，在環(huán)境檢測、醫(yī)藥及生物領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0016]圖1納米晶的XRD圖譜:(a) ZnSe ； (b) ZnSeOS12復(fù)合納米晶
圖2核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合納米晶的TEM照片(a) ZnSeOS12復(fù)合納米晶；(b) ZnSeiZnSiS1 2復(fù)合納米晶
圖3不同反應(yīng)時間制備的ZnSelgS12復(fù)合納米晶的吸收光譜圖圖4不同反應(yīng)時間制備的ZnSelgS12復(fù)合納米晶的熒光光譜圖圖5 ZnSe@ZnS@Si02復(fù)合納米晶的吸收光譜和熒光光譜圖6 ZnSelgS12復(fù)合納米晶在不同pH緩沖溶液中的穩(wěn)定性
圖7不同濃度銀離子對ZnSe@ZnS@Si02復(fù)合納米晶熒光光譜影響:(1-VII)分別是0，0.6，2，4，6，8，10 (1(T6 mo I Γ1)。
【具體實施方式】
[0017]下面通過具體實施例說明本發(fā)明的技術(shù)方案，但是本發(fā)明的技術(shù)方案不以具體實施例為限。
[0018]實施例1:
(I)ZnSe量子點溶液的制備
在氮氣保護(hù)下，將0.0lg NaBH4與0.006Ig Se粉溶于2 mL蒸餾水中，加熱至40°C，完全溶解后得到NaHSe溶液；取0.0439 g Zn (Ac)2溶入20 mL蒸餾水中，待其完全溶解后加入還原型谷胱甘肽0.0737g，用lmol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH=ll.5，得到Zn的前驅(qū)體溶液；將Zn的前驅(qū)體轉(zhuǎn)入三口瓶中，在氮氣保護(hù)下迅速注入NaHSe溶液，油浴100 °C回流，磁力攪拌Ih后取出放入冰箱中快速冷卻至室溫，得到無色透明溶液，即為制備好的ZnSe QDs溶液。
[0019](2)核殼結(jié)構(gòu)ZnSe@Si02復(fù)合納米晶的制備
將制備的ZnSe QDs溶液用異丙醇分離沉淀后分散到15 mL蒸餾水中，其中量子點的濃度為1.7 X 1(T3 mol/L,加入還原型谷胱甘肽和Zn2+摩爾比2的混合溶液，同時加入10 μ?正硅酸四乙酯和50μ?氨水，通過I mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)混合溶液的pH=10，在室溫下密封攪拌5h，得到均一透明的膠體溶液；之后將膠體溶液在100°C下回流反應(yīng)2h，得到核殼結(jié)構(gòu)ZnSelgS12復(fù)合納米晶，其中含有ZnS團(tuán)簇的S12殼層的厚度大小為0.5 nm。如圖2 (a)中為ZnSeOS12復(fù)合納米晶的TEM照片。圖1為納米晶的XRD圖譜:(a) ZnSe ； (b) ZnSeiS12復(fù)合納米晶。
[0020](3)取10PL制備的核殼結(jié)構(gòu)ZnSe@Si02復(fù)合納米晶，其中復(fù)合納米晶的濃度為2X10-5 11101/1，加入1.8 mL pH=7.4，濃度為0.01 mo