II-VI族二元-三元量子點(diǎn)的制備、性質(zhì)和生物應(yīng)用研究.pdf

1、半導(dǎo)體熒光量子點(diǎn)(quantum dots，QDs)由于具有傳統(tǒng)有機(jī)熒光染料所無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，如熒光波長可調(diào)、激發(fā)譜寬、熒光峰窄、熒光量子產(chǎn)率高、光穩(wěn)定性好、抗漂白能力強(qiáng)、雙光子吸收截面大等，近年來引起了研究者們的廣泛關(guān)注。這些特性使其可作為一種新型熒光染料應(yīng)用于活細(xì)胞標(biāo)記、活體成像、分子檢測等領(lǐng)域。Ⅱ-Ⅵ族半導(dǎo)體量子點(diǎn)是其中最具代表性的一類，有關(guān)它們的合成和應(yīng)用探索是當(dāng)今的科研熱點(diǎn)。目前制備高熒光量子點(diǎn)普遍使用的方法是金屬有機(jī)前軀體法

2、，但該方法存在操作步驟復(fù)雜、毒性大、原料成本高等缺點(diǎn)，而且所合成的量子點(diǎn)不溶于水無法直接應(yīng)用于生物體系；相比之下，水相制備量子點(diǎn)則具有操作相對簡單，反應(yīng)物成本低、毒性小和對環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，合成出的量子點(diǎn)具有良好的水溶性，可直接應(yīng)用于生物體系。盡管如此，傳統(tǒng)水相方法所制備的量子點(diǎn)在熒光量子產(chǎn)率、光穩(wěn)定性、細(xì)胞毒性等方面均存在不足。此外，前期對量子點(diǎn)光學(xué)性質(zhì)的研究集中于其單光子熒光方面，隨著雙光子吸收材料在醫(yī)學(xué)診斷、腫瘤藥物開發(fā)、光動力治療

3、腫瘤等前沿應(yīng)用的重要性日益增加，很有必要對量子點(diǎn)的雙光子吸收性質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)研究。量子點(diǎn)的細(xì)胞毒性是其在細(xì)胞和活體標(biāo)記以及臨床診斷等應(yīng)用中關(guān)鍵指標(biāo)之一。為了降低量子點(diǎn)的細(xì)胞毒性，通常要對量子點(diǎn)進(jìn)行表面修飾，但經(jīng)修飾后的量子點(diǎn)的直徑太大以至于無法有效地滲透進(jìn)入細(xì)胞或細(xì)胞器，反而使其應(yīng)用受限。因此，探索具有高熒光量子產(chǎn)率和低細(xì)胞毒性的新型水溶性量子點(diǎn)的合成與應(yīng)用具有重要的科學(xué)和現(xiàn)實意義。
　　 在本論文中，我們采用微波輻射加熱法直接在水

4、相中制備了以谷胱甘肽(GSH)為穩(wěn)定劑的水溶性CdTe量子點(diǎn)和Zn1-xCdxTe三元量子點(diǎn)，研究了量子點(diǎn)的雙光子吸收性質(zhì)以及量子點(diǎn)在細(xì)胞中的分布及毒性效應(yīng)，并將其作為熒光探針應(yīng)用于分子檢測和單、雙光子熒光細(xì)胞成像領(lǐng)域。本論文在以下幾個方面開展了工作：
　　 1.采用微波輻射加熱的方法，以在空氣中穩(wěn)定的亞碲酸鈉作碲源，以GSH作穩(wěn)定劑，在水相中一步合成出高質(zhì)量的水溶性CdTe量子點(diǎn)。合成的GSH-CdTe量子點(diǎn)粒徑均一、尺寸分布

5、寬、結(jié)晶度好，最高熒光量子產(chǎn)率可達(dá)95％，而且熒光峰半峰寬僅為31 nm。加熱方式、GSH/Cd摩爾比和前軀體溶液的pH值對CdTe量子點(diǎn)的生長及其熒光量子產(chǎn)率均有一定的影響。量子點(diǎn)的熱穩(wěn)定性和光穩(wěn)定性與尺寸密切相關(guān)。粒徑較大的GSH-CdTe量子點(diǎn)的比表面積小，表面缺陷比例小，其穩(wěn)定性較好。
　　 2.利用雙光子激發(fā)熒光法測量了不同尺寸的GSH-CdTe量子點(diǎn)的雙光子吸收截面。隨著量子點(diǎn)尺寸的增加，其雙光子吸收截面值也相應(yīng)增加

6、，在800 nm激發(fā)波長下紅光CdTe608量子點(diǎn)的雙光子吸收截面最大(7412 GM)。在此基礎(chǔ)上，將具有最大雙光子吸收截面的CdTe608量子點(diǎn)作為雙光子熒光探針用于腫瘤細(xì)胞的熒光成像，通過偶聯(lián)劑的作用將量子點(diǎn)與β-actin抗體鏈接，成功的實現(xiàn)了對細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)和細(xì)胞核的雙光子熒光標(biāo)記。
　　 3.基于CdTe量子點(diǎn)的雙光子激發(fā)熒光的變化建立了一種可用于葉酸分子檢測的新方法。量子點(diǎn)所具有大的雙光子吸收截面使其發(fā)出很強(qiáng)的雙光子

7、激發(fā)熒光信號，且能最大程度地減小葉酸分子本身的自發(fā)熒光信號的干擾。在9×10-6-2.72×10-4 mol/L范圍內(nèi)，體系的雙光子激發(fā)熒光強(qiáng)度的變化與葉酸分子的濃度成良好的線性關(guān)系，檢測限達(dá)到0.19μmol/L。同時進(jìn)一步探討了葉酸猝滅量子點(diǎn)的雙光子激發(fā)熒光的反應(yīng)機(jī)理。
　　 4.系統(tǒng)研究了GSH-CdTe量子點(diǎn)的濃度、粒徑以及細(xì)胞類型等因素對量子點(diǎn)在細(xì)胞中的分布和毒性效應(yīng)的影響。量子點(diǎn)在細(xì)胞中的分布取決于其自身尺寸。量子點(diǎn)

8、的細(xì)胞毒性呈現(xiàn)明顯的濃度.效應(yīng)關(guān)系、尺寸-效應(yīng)關(guān)系和細(xì)胞種類-效應(yīng)關(guān)系。GSH-CdTe量子點(diǎn)的細(xì)胞毒性明顯小于其他常用巰基配體修飾的CdTe量子點(diǎn)的細(xì)胞毒性。結(jié)合流式細(xì)胞儀和DHE探針檢測了綠光GSH-CdTe量子點(diǎn)在三個不同類型的細(xì)胞內(nèi)活性氧水平，發(fā)現(xiàn)同一個量子點(diǎn)在不同細(xì)胞中產(chǎn)生的細(xì)胞毒性不同是由于其誘導(dǎo)產(chǎn)生的細(xì)胞內(nèi)ROS水平不同。
　　 5.采用微波輻射加熱法，一步合成出高質(zhì)量的GSH修飾的Zn1-xCdxTe水溶性三元量