本發(fā)明涉及納米功能材料設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別是一種核殼量子點(diǎn)/聚苯乙烯熒光微球的制備方法，合成的量子點(diǎn)/聚苯乙烯熒光微球可用于高靈敏生物分析與檢測(cè)。

背景技術(shù)：

熒光微球是指熒光物質(zhì)通過(guò)包埋法、物理吸附法、自組裝法、化學(xué)鍵合法、共聚法等方法吸附或者包覆在微球的內(nèi)部而形成的納米至微米級(jí)負(fù)載熒光物質(zhì)的微球。微球的外形一般為球形，所以被稱為熒光微球，熒光微球形態(tài)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、對(duì)熒光物質(zhì)有保護(hù)作用及表面可修飾性，在標(biāo)記、檢測(cè)、示蹤、免疫醫(yī)學(xué)、高通量藥物篩選等領(lǐng)域擁有巨大潛力。

量子點(diǎn)是三個(gè)維度的尺寸都在100納米以下，半徑小于或接近于激光波爾半徑，能夠接受激光產(chǎn)生熒光的一類半導(dǎo)體納米顆粒。新型的半導(dǎo)體熒光材料具有寬的吸收峰，窄而對(duì)稱的發(fā)射峰，且發(fā)射峰即發(fā)光顏色隨尺寸可調(diào)，以及較高的熒光強(qiáng)度、較強(qiáng)的抗光漂白能力等特點(diǎn),能夠克服傳統(tǒng)熒光材料的熒光信號(hào)不穩(wěn)定、制備條件苛刻、瞬時(shí)熒光干擾等問(wèn)題，與傳統(tǒng)有機(jī)染料相比具有更優(yōu)越的性能，是一種極具潛力的熒光探針制備物。其應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛,特別是其在免疫生物學(xué)和臨床檢驗(yàn)學(xué)等研究中的潛在的應(yīng)用價(jià)值,己引起了廣大科學(xué)工作者的極大關(guān)注,發(fā)光量子點(diǎn)作為熒光試劑探針標(biāo)記生物大分子，正是近年來(lái)迅速發(fā)展的納米材料在生物分析領(lǐng)域的重要應(yīng)用之一。

聚苯乙烯為載體的熒光微球是最常見(jiàn)的微球之一，聚苯乙烯微球由于比表面積大、粒徑均勻、表面易修飾官能團(tuán)及官能團(tuán)反應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是非常理想的熒光物質(zhì)載體，聚苯乙烯微球作為載體，量子點(diǎn)可以通過(guò)溶脹、吸附、包埋方式載到聚苯乙烯微球上，但是這些制備方法都存在某個(gè)或一些致命的缺點(diǎn)，導(dǎo)致這些微球無(wú)法大規(guī)模生產(chǎn)及商業(yè)化；如溶脹方法制備的熒光微球長(zhǎng)時(shí)間量子點(diǎn)容易脫漏；物理吸附制備的熒光微球容易受到外界環(huán)境的的影響，如溶劑、酸、堿等容易造成吸附量子點(diǎn)的脫漏和熒光淬滅。普通包埋法雖然合成條件稍微苛刻，也有一些優(yōu)點(diǎn)，如通過(guò)單體聚合方式將量子點(diǎn)包覆在微球的內(nèi)部形成穩(wěn)定的量子點(diǎn)熒光微球，大大降低了外界環(huán)境的影響，大大提高量子點(diǎn)熒光微球的穩(wěn)定性，而且可以通過(guò)表面修飾官能團(tuán)，與生物分子偶聯(lián)，用于高靈敏生物分析與檢測(cè)，但是通過(guò)多年發(fā)展也仍然存在包埋法制備的量子點(diǎn)/聚苯乙烯微球中包覆不均勻，包覆量不夠、量子點(diǎn)外漏、微球粒徑大等問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種核殼量子點(diǎn)/聚苯乙烯熒光微球的制備方法，采用乳液聚合成功將大量量子點(diǎn)包覆在聚苯乙烯微球中，保留了包埋法的主要優(yōu)點(diǎn)并克服了它包覆不均勻，包覆量不夠、量子點(diǎn)外漏等問(wèn)題缺點(diǎn)，制備出了粒徑均勻、熒光穩(wěn)定、熒光強(qiáng)度極高的量子點(diǎn)熒光微球，本發(fā)明合成方法簡(jiǎn)單、微球粒徑可控，重復(fù)性好，可用在生物分子檢測(cè)。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明公開(kāi)了一種核殼量子點(diǎn)/聚苯乙烯熒光微球的制備方法，核殼量子點(diǎn)采用熱循環(huán)耦合法制備，并使用硫醇重新對(duì)量子點(diǎn)進(jìn)行表面修飾，采用乳液聚合將量子點(diǎn)包埋在聚苯乙烯微球中，獲得核殼量子點(diǎn)/聚苯乙烯熒光微球，具體制備方法如下：

步驟1：稱量表面活性劑2-20份、碳酸氫鈉0.2-2份、分散劑2-30份，加入到玻璃瓶?jī)?nèi)，再加入去離子水超聲5-10分鐘，形成均勻混合水溶液A，以100份苯乙烯為參考標(biāo)準(zhǔn)；

步驟2：稱量核殼量子點(diǎn)10-150份，再加入100份苯乙烯和4-30份丙烯酸叔丁酯，在冰浴中超聲5分鐘，形成均勻的油相液B；

步驟3：將水溶液A和油相液B兩者混合后磁力攪拌10分鐘，再在冰浴中超聲5-20分鐘，形成穩(wěn)定的微乳液；

步驟4：將微乳液轉(zhuǎn)移到三口瓶中，通氮?dú)?0分鐘去除三口瓶中的氧氣，升溫至60-80℃，加入引發(fā)劑1-30份，在磁力攪拌下，反應(yīng)6-12小時(shí)，將產(chǎn)物離心純化，獲得聚苯乙烯熒光微球。

其中，核殼量子點(diǎn)通過(guò)熱循環(huán)耦合法在量子點(diǎn)核上外延生長(zhǎng)量子點(diǎn)殼層為1-16層，核殼量子點(diǎn)的熒光光譜發(fā)射波長(zhǎng)為548nm-750nm。

其中，核殼量子點(diǎn)表面修飾的硫醇配體為烷基硫醇，核殼量子點(diǎn)配體交換所用量子點(diǎn)與烷基硫醇的質(zhì)量之比為1：（0.5-2）。

其中，步驟1中表面活性劑是十二烷基硫酸胺、十二烷基硫酸鈉、十二烷基磺酸鈉或者十二烷基乙氧基磺基甜菜堿中的一種，分散劑為各分子量的聚乙烯吡咯烷酮。

其中，步驟4中引發(fā)劑為過(guò)硫酸鉀或過(guò)硫酸銨中的一種。

本發(fā)明具有以下有益效果：

1.本發(fā)明通過(guò)量子點(diǎn)的配體交換、加入無(wú)機(jī)鹽、酯的微乳聚合，合成了粒徑均勻、熒光穩(wěn)定、熒光強(qiáng)度極高的量子點(diǎn)熒光微球，通過(guò)后續(xù)官能團(tuán)修飾可用于高靈敏生物分析及熒光免疫層析快速檢測(cè)。

2.通過(guò)采用量子點(diǎn)熒光微球與傳統(tǒng)熒光微球相比，能夠克服傳統(tǒng)熒光材料的熒光信號(hào)不穩(wěn)定、制備條件苛刻、瞬時(shí)熒光干擾等問(wèn)題。

3.量子點(diǎn)成功包埋在聚苯乙烯微球中，相對(duì)于溶脹法、物理吸附法等，穩(wěn)定性更好，量子點(diǎn)不會(huì)從微球內(nèi)脫漏，同時(shí)在微球的保護(hù)下耐苛刻生理?xiàng)l件效果更好。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的流程示意圖。

圖2為本發(fā)明的不同殼層厚度核殼量子點(diǎn)熒光發(fā)射圖。

圖3為本發(fā)明的不同殼層厚度核殼量子點(diǎn)熒光量子產(chǎn)率圖和熒光發(fā)射峰半高寬圖。

圖4為本發(fā)明的不同殼層厚度核殼量子點(diǎn)透射電鏡圖。

圖5為本發(fā)明的核殼量子點(diǎn)/聚苯乙烯熒光微球熒光發(fā)射光譜。

圖6為本發(fā)明的不同聚苯乙烯用量合成熒光微球透射電鏡圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例1

本發(fā)明公開(kāi)了一種核殼量子點(diǎn)/聚苯乙烯熒光微球的制備方法，其中核殼量子點(diǎn)以閃鋅礦CdSe/CdS量子點(diǎn)為例，但不限于該種量子點(diǎn)。

閃鋅礦型CdSe量子點(diǎn)的合成及提純：稱取0.2712g的Cd(St)₂于三口燒瓶中，再移入7mL的十八烯酸；在室溫下攪拌、抽真空，通氮?dú)猓偕邷囟戎?00℃，以促使融化，并繼續(xù)通氮?dú)?0分鐘，快速升溫，待體系溫度升到250℃時(shí)，快速注入2mL 0.1M的Se-十八烯酸懸濁液，保持此溫度進(jìn)行反應(yīng)8分鐘后，再次注入0.05mL 0.1M的Se-十八烯酸懸濁液，3-4分鐘后，第三次注入0.05mL 0.1M的Se-十八烯酸懸濁液。此后每3-4分鐘，再次注入0.1M的Se-十八烯酸懸濁液直到量子點(diǎn)的尺寸達(dá)預(yù)期尺寸；在反應(yīng)進(jìn)行過(guò)程中，可用注射器吸取少量溶液于比色皿中，通過(guò)UV-Vis測(cè)定光譜來(lái)監(jiān)測(cè)反應(yīng)進(jìn)度。當(dāng)反應(yīng)獲得預(yù)期尺寸的納米晶體，即刻停止加熱，反應(yīng)溶液快速冷卻至50℃時(shí)，進(jìn)行原位提純。

將制備的CdSe核純化后，測(cè)定熒光或者紫外可見(jiàn)光吸收測(cè)量吸光度，通過(guò)消光系數(shù)定量對(duì)于測(cè)定的粒徑為3.0nm的CdSe核物質(zhì)的量為2*10^-7mol的體系，包覆6層殼層，每層殼層需要加入的0.1mol/L的Cd（DDTC）₂單前體體積分別為0.1，0.16，0.23，0.31，0.385和0.48mL。

取2mL十二烷、3mL油胺和原位提純過(guò)的1mL CdSe溶液加入到三口瓶中。通氮?dú)?0分鐘，升溫至80℃；注入相應(yīng)量的殼前體，在第1層注入前軀體時(shí)，溶液溫度設(shè)定為80℃，前驅(qū)體溶液用注射器注入到三口瓶中。在80℃下維持10分鐘，然后升溫至160℃，在保持20分鐘后停止加熱，使反應(yīng)溶液降溫至80℃，第2層到第6層殼層的生長(zhǎng)方式同第1層一樣，只是把生長(zhǎng)溫度改為150℃。完成殼層的外延生長(zhǎng)。

CdSe/CdS量子點(diǎn)的配體交換:

CdSe/CdS的配體交換具體步驟是將純化后的0.12g CdSe/CdS量子點(diǎn)溶解在8mL甲苯中，再加入0.8g十二烷基硫醇。轉(zhuǎn)移到50mL單口瓶中，升溫至75℃。保溫5小時(shí)。加入丙酮沉淀，5000rmp離心。

核殼量子點(diǎn)/聚苯乙烯熒光微球的合成：

聚苯乙烯熒光微球的合成:稱量0.017g十二烷基硫酸鈉、0.005g碳酸氫鈉、0.02g聚乙烯吡咯烷酮加入到50mL玻璃瓶?jī)?nèi)，再加入15mL去離子水超聲5分鐘，形成均勻混合水溶液。稱量十二烷基硫配體的0.04g CdSe/CdS量子點(diǎn)，再加入0.5mL苯乙烯和100L丙烯酸叔丁酯。在冰浴中超聲5分鐘，形成均勻的油相液。將兩者混合后磁力攪拌10分鐘，再在冰浴中超聲10分鐘，形成穩(wěn)定的微乳液。將微乳液轉(zhuǎn)移到100mL三口瓶中，通氮?dú)?0分鐘去除三口瓶中的氧氣。升溫至75℃。加入0.01g過(guò)硫酸鉀。反應(yīng)12小時(shí)。將產(chǎn)物離心純化。

實(shí)施例2

實(shí)驗(yàn)?zāi)康募胺椒?為了表征合成的核殼量子點(diǎn),本實(shí)施例以實(shí)施例1合成的CdSe/CdS量子點(diǎn)和核殼量子點(diǎn)/聚苯乙烯熒光微球?yàn)楸碚鲗?duì)象,表征內(nèi)容包括不同殼層數(shù)的CdSe/CdS量子點(diǎn)熒光發(fā)射光譜、熒光量子產(chǎn)率、熒光發(fā)射峰半高寬和透射電鏡圖，核殼量子點(diǎn)/聚苯乙烯熒光微球熒光發(fā)射光譜和不同聚苯乙烯用量合成熒光微球透射電鏡圖，具體實(shí)驗(yàn)操作為標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)操作此處不再贅述。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果:

如圖2、3、4所示，通過(guò)控制熱循環(huán)耦合法在量子點(diǎn)核上外延生長(zhǎng)量子點(diǎn)殼層數(shù)，可以獲得熒光發(fā)射峰從548nm-750nm規(guī)則變化的核殼量子點(diǎn)，并且通過(guò)熒光量子產(chǎn)率表征可以看出，得到的核殼量子點(diǎn)隨著外延生長(zhǎng)殼層的增多，熒光量子產(chǎn)率逐漸接近100%，具有極高的量子產(chǎn)率。而從透射電鏡圖中可以看出，隨著外延生長(zhǎng)的繼續(xù)，核殼量子點(diǎn)的平均粒徑有明顯的增加。

如圖5所述，在聚苯乙烯包裹的核殼量子點(diǎn)后，合成的熒光微球熒光強(qiáng)度較等當(dāng)量的核殼量子點(diǎn)有所降低，熒光強(qiáng)度損失約15%，但是該量級(jí)的熒光強(qiáng)度仍然滿足現(xiàn)有儀器檢測(cè)的需求。反應(yīng)過(guò)程中通過(guò)聚苯乙烯用量，可以合成出不同尺寸大小的熒光微球，如圖6所示，圖6中A-D小圖聚苯乙烯用量分別為0.5mL、0.8mL、1mL、1.2mL，其他實(shí)施步驟與實(shí)施例1相同，此處不再贅述。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。