Ⅱ-Ⅵ族量子點(diǎn)及其二氧化硅復(fù)合納米結(jié)構(gòu)的制備與生物成像應(yīng)用.pdf

1、量子點(diǎn)(QDs)做為一類新興的生物熒光標(biāo)記材料，能有效解決當(dāng)前熒光染料及熒光蛋白面臨的光漂白、激發(fā)光譜窄、發(fā)射光譜寬等問題，近年來在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的多色成像、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)熒光示蹤、高靈敏生物分子檢測(cè)及免疫分析等方面展現(xiàn)了巨大的應(yīng)用潛力。隨著應(yīng)用研究的深入開展，對(duì)量子點(diǎn)探針的發(fā)光性能、穩(wěn)定性以及生物相容性也提出了更高的要求。開發(fā)高質(zhì)量水溶性量子點(diǎn)的合成方法，同時(shí)發(fā)展油溶性量子點(diǎn)的表面修飾策略以實(shí)現(xiàn)其水溶性及生物功能化，是開展相關(guān)分析應(yīng)用研究的基

2、礎(chǔ)。此外，基于量子點(diǎn)的熒光微球以及結(jié)合多種功能材料的復(fù)合納米結(jié)構(gòu)，在高靈敏生物傳感、多元分析、多模態(tài)成像以及醫(yī)學(xué)診斷-治療一體化研究中有著廣闊的應(yīng)用前景。本論文發(fā)展了實(shí)用、高效的水溶性ZnSe量子點(diǎn)合成以及油溶性CdSe/ZnS量子點(diǎn)的硅烷化修飾方法;提出了油溶性量子點(diǎn)與載體的組裝及硅烷化新策略并用于雙功能納米材料的構(gòu)建;開展了量子點(diǎn)探針在生物成像中的應(yīng)用研究。主要工作如下:
　　 1.建立了微波輔助一步合成高質(zhì)量水溶性ZnSe

3、量子點(diǎn)的新方法。以商品化及空氣穩(wěn)定的Na2SeO3為Se源，避免了NaHSe或H2Se等不穩(wěn)定前體的制備，使反應(yīng)在空氣氛圍中一步完成。用微波輻射代替常規(guī)熱源實(shí)現(xiàn)快速、均相加熱，有利于提高ZnSe量子點(diǎn)的帶隙發(fā)光強(qiáng)度并減小粒徑分布。XRD結(jié)果證實(shí)了修飾劑谷胱甘肽會(huì)受熱分解釋放S2-并形成一層ZnS外殼，有效鈍化了ZnSe量子點(diǎn)的表面態(tài)，無需后處理即實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)帶隙發(fā)光(PLQY～18％)、低缺陷發(fā)光以及窄的半峰寬(FWHM～26-30nm)。

4、探討了谷胱甘肽用量、Zn/Se摩爾比以及溶液pH值對(duì)量子點(diǎn)生長(zhǎng)速度、缺陷發(fā)光強(qiáng)度以及量子產(chǎn)率的影響。
　　 2.發(fā)展了油溶性量子點(diǎn)的直接、高效硅烷化修飾方法-有機(jī)硅烷膠束化。利用正辛基三乙氧基硅烷(OTES)-量子點(diǎn)前體在水相中的超聲自乳化、堿催化水解、硅醇縮合/硅酸鹽沉積過程制備了多核結(jié)構(gòu)的CdSe/ZnS@SiO2熒光納米球。通過量子點(diǎn)的初始濃度調(diào)節(jié)有機(jī)硅烷前體與水相的互溶性，從而縮放膠束（納米球）的尺寸及包覆量。以正辛基三

5、甲氧基硅烷(OTMS)替代OTES可制備單顆粒量子點(diǎn)硅烷膠束。以動(dòng)態(tài)光散射、凝膠電泳及透射電鏡(TEM)表征了納米球的形成過程，發(fā)現(xiàn)超聲階段形成的QDs@OTES膠束穩(wěn)定性差，沉積活性SiO2可以有效固定膠束形態(tài)并大幅度提高膠體穩(wěn)定性。用OTES對(duì)十二硫醇修飾的CuInS2/ZnS量子點(diǎn)硅烷化修飾后可以得到相同的QDs@SiO2結(jié)構(gòu)，證實(shí)了OTES對(duì)油溶性量子點(diǎn)的包覆主要基于疏水相互作用而非配體替換。利用硅烷化的納米粒子在St(o)be

6、r體系中的可控SiO2生長(zhǎng)，制備了包裹有QDs-OTES疏水核心的SiO2納米球，可用于進(jìn)一步修飾及組裝。
　　 3.研究了膠束化及硅酸鹽沉積過程對(duì)CdSe/ZnS量子點(diǎn)熒光性質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)超聲作用下硅烷與水相的融合過程會(huì)暫時(shí)改變量子點(diǎn)表面環(huán)境導(dǎo)致部分熒光猝滅。隨著活性SiO2的沉積，量子產(chǎn)率會(huì)逐步恢復(fù)至初始值的90％;熒光衰減曲線以及雙指數(shù)擬合結(jié)果證實(shí)了這一可逆過程。在此基礎(chǔ)上，獲得了高發(fā)光(QY～45％)以及窄發(fā)射(FWHM

7、～30 nm)的CdSe/ZnS@SiO2納米球，并成功擴(kuò)展至不同發(fā)光波長(zhǎng)的CdSe/ZnS量子點(diǎn)上。熒光納米球在細(xì)胞培養(yǎng)條件下具備優(yōu)良的熒光及膠體穩(wěn)定性，并在較大濃度范圍內(nèi)(1～1000μg/ml)不會(huì)造成明顯的細(xì)胞毒性。通過GPTMS硅烷化向納米球表面引入了環(huán)氧基，并與轉(zhuǎn)鐵蛋白共價(jià)偶聯(lián)制備了功能化探針，實(shí)現(xiàn)了對(duì)HeLa細(xì)胞的熒光成像。
　　 4.發(fā)展了油溶性量子點(diǎn)與SiO2載體的高效組裝及硅烷化修飾新策略。發(fā)現(xiàn)弱配體修飾的量

8、子點(diǎn)在有機(jī)相中能借助金屬-配體親和作用組裝到強(qiáng)配體（巰丙基）改性的SiO2載體表面，形成高密度負(fù)載的SiO2@QDs疏水組裝體。利用有機(jī)硅烷膠束化方法實(shí)現(xiàn)了組裝體的硅烷化修飾，發(fā)現(xiàn)采用OTMS/甲醇/氨水均相水解體系以及強(qiáng)配體負(fù)載、弱配體硅烷化的方式是保證超聲水解（膠束化）階段量子點(diǎn)高負(fù)載量的關(guān)鍵。進(jìn)行一段時(shí)間的活性SiO2沉積后可獲得高發(fā)光（量子產(chǎn)率為初始值的84％）及膠體穩(wěn)定的QDs@SiO2@QDs熒光微球。在此基礎(chǔ)上，改變SiO