專利名稱：一種高亮度無(wú)毒性熒光量子點(diǎn)納米復(fù)合探針及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬熒光探針材料領(lǐng)域，具體涉及一種具備高亮度無(wú)毒性熒光量子點(diǎn)納米復(fù)合探針及其制備方法。
背景技術(shù)：
熒光探針在光學(xué)材料、化學(xué) 識(shí)別和生物監(jiān)測(cè)及傳感等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，并成為成功實(shí)現(xiàn)上述功能的一種主要的技術(shù)手段。但以傳統(tǒng)的有機(jī)熒光染料為主的熒光探針中也存在一些難以克服的缺陷。近年來(lái)，量子點(diǎn)由于具有優(yōu)良的光譜特征和光化學(xué)穩(wěn)定性，因此量子點(diǎn)熒光探針的研究引起了國(guó)內(nèi)外各學(xué)科研究者的廣泛關(guān)注，研究的領(lǐng)域涉及物理、化學(xué)、生命科學(xué)等多學(xué)科，已經(jīng)發(fā)展成為一門新興的交叉學(xué)科。但是傳統(tǒng)的量子點(diǎn)熒光探針具有生物相容性差，生物毒性等致命弱點(diǎn)，因此一種具有高的生物相容性和低的生物毒性的高亮度熒光探針的設(shè)計(jì)就迫在眉睫。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服傳統(tǒng)量子點(diǎn)熒光探針的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是通過(guò)水相合成的方法制備高亮度無(wú)毒性熒光量子點(diǎn)納米復(fù)合探針。其是通過(guò)在二氧化硅表面連接大量的熒光量子點(diǎn)，使單個(gè)探針具有高于單個(gè)量子點(diǎn)幾十上百倍的熒光增強(qiáng)效應(yīng)，然后使用二氧化硅對(duì)二氧化硅/量子點(diǎn)納米顆粒進(jìn)行包裹，實(shí)現(xiàn)了好的生物相容性，非常容易鏈接生物分子，并徹底屏蔽了量子點(diǎn)的生物毒性。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供了一種高亮度無(wú)毒性熒光量子點(diǎn)納米復(fù)合探針的制備方法，其包括如下步驟( I)制備二氧化硅球溶膠正硅酸四乙酯(TEOS)在一定比例氨水的催化作用下水解得二氧化硅溶膠；(2)制備二氧化硅與量子點(diǎn)復(fù)合材料用氨基硅烷偶聯(lián)劑修飾步驟(I)所得的二氧化硅溶膠，然后將用3-巰基丙酸(MPA)穩(wěn)定的水溶性熒光量子點(diǎn)加入到修飾過(guò)的二氧化硅溶膠中，充分反應(yīng)后離心，將離心后固體產(chǎn)物分散在溶劑中得二氧化硅與量子點(diǎn)復(fù)合材料溶液；(3)制備二氧化硅-量子點(diǎn)-二氧化硅結(jié)構(gòu)將氨水和正硅酸四乙酯加入步驟(2)制備的復(fù)合材料溶液中進(jìn)行水解反應(yīng)，水解反應(yīng)結(jié)束后用硅烷偶聯(lián)劑修飾水解產(chǎn)物，所得二氧化硅-量子點(diǎn)-二氧化硅結(jié)構(gòu)表面帶有各種基團(tuán)，所述帶各種基團(tuán)的二氧化硅-量子點(diǎn)-二氧化硅結(jié)構(gòu)連接多種生物分子后即為突光量子點(diǎn)納米復(fù)合探針。其中，步驟(I)所述正硅酸四乙酯與氨水的體積比優(yōu)選為O. 02^10 :0. 5 10。步驟(I)所述水解反應(yīng)溫度優(yōu)選為2(Γ100 ，反應(yīng)時(shí)間優(yōu)選為廣24小時(shí)。步驟(I)所述二氧化硅溶膠的尺寸優(yōu)選為4(T200nm。其中，步驟(2)所述氨基硅烷偶聯(lián)劑優(yōu)選為3-氨丙基三甲氧基硅氧烷(APTMS)或氨丙基三乙氧基硅烷。優(yōu)選的，所述氨基硅烷偶聯(lián)劑要過(guò)量以保證硅球表面被充分修飾，多余的偶聯(lián)劑可以通過(guò)后續(xù)的離心除去；修飾后還進(jìn)一步包括離心，以除去多余的硅烷偶聯(lián)劑；修飾后使二氧化硅溶膠表面帶上氨根基團(tuán)。所述水溶性熒光量子點(diǎn)優(yōu)選為CdTeS、CdTe, CdSe, Mn-doped ZnS, CdS或CdTe/CdS/ZnS等。優(yōu)選的,所述量子點(diǎn)要過(guò)量以保證復(fù)合結(jié)構(gòu)中有足夠的量子點(diǎn)，多余的量子點(diǎn)通過(guò)后續(xù)的離心出去。步驟(2)中所述反應(yīng)時(shí)間至少為6小時(shí)。步驟(2)中所述溶劑優(yōu)選為乙醇、異丙醇等。其中，步驟(3)中所述復(fù)合材料的體積與加入的氨水和正硅酸四乙酯的體積和的比例為O. 02 4 :0. 5 4 ;其中所述正硅酸四乙酯與氨水的體積比優(yōu)選為O. 02 10 :0. 5 10 ；所述水解反應(yīng)條件為室溫下反應(yīng)24小時(shí)。 步驟(3)中所述硅烷偶聯(lián)劑優(yōu)選為帶有各種基團(tuán)(如氨基巰基)的硅烷偶聯(lián)劑，如帶有疏基基團(tuán)的娃燒偶聯(lián)劑(如Y-疏丙基二甲氧基娃(MPTMS))修飾后使其表面帶有疏基集團(tuán)；帶有氨基基團(tuán)的硅烷偶聯(lián)劑(如3-氨丙基三甲氧基硅氧烷(APTMS))修飾后使其表面帶有氨基基團(tuán)。優(yōu)選的，所述偶聯(lián)劑的用量還是要保持過(guò)量，多余的偶聯(lián)劑可以通過(guò)后續(xù)離心除去。所述生物分子優(yōu)選為抗體、鏈霉親和素、DNA片段、生物配體或陽(yáng)離子多肽等。本發(fā)明還提供了上述方法制備的熒光量子點(diǎn)納米復(fù)合探針。本發(fā)明的有益效果相對(duì)于傳統(tǒng)的熒光探針，此探針是一種無(wú)毒性，生物相容性好，易鏈接生物分子，聞突光納米復(fù)合探針。(I)相對(duì)于傳統(tǒng)的鎘系量子點(diǎn)熒光探針的自身生物毒性，本發(fā)明的復(fù)合探針通過(guò)在最外層包裹一層二氧化硅殼的方式，隔絕了鎘元素的泄露，可以有效的避免鎘系量子點(diǎn)的生物毒性。(2)熒光量子點(diǎn)包括油溶性熒光量子點(diǎn)和水溶液熒光量子點(diǎn)，油溶性熒光量子點(diǎn)具有非常差的生物相容性，在實(shí)際應(yīng)用層面上講，水溶性量子點(diǎn)才能對(duì)生物體有好的相容性，水溶性量子點(diǎn)的一個(gè)缺點(diǎn)就是容易被水中的氧氣氧化從而減弱甚至猝滅熒光，我們通過(guò)包裹二氧化硅殼可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)三個(gè)功能好的生物相容性、徹底阻隔生物毒性以及阻止熒光淬滅效應(yīng)。(3)商業(yè)化的熒光量子點(diǎn)表面的基團(tuán)非常單一，本發(fā)明通過(guò)在最外層包裹一層二氧化硅殼后可以用帶有各種電荷的硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行交聯(lián)，使其帶有所需要的基團(tuán)以方便鏈接生物分子。(4)在一個(gè)商業(yè)化的量子點(diǎn)熒光探針中只包含一個(gè)熒光量子點(diǎn)，本發(fā)明的量子點(diǎn)熒光探針中含有數(shù)十上百個(gè)量子點(diǎn)可以大大提高材料的熒光強(qiáng)度。


圖I是采用本發(fā)明制備的高亮度熒光量子點(diǎn)納米復(fù)合探針；圖2是高亮度熒光量子點(diǎn)納米復(fù)合探針的應(yīng)用示意圖；圖3是純熒光量子點(diǎn)與熒光探針強(qiáng)度的對(duì)比圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。本發(fā)明所用的化學(xué)藥品正硅酸四乙酯(TE0S)，氨水，無(wú)水乙醇，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。硅烷偶聯(lián)劑(如3-氨丙基三甲氧基硅氧烷(APTMS，sigma))、量子點(diǎn)如(CdTeS等)(中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理系薄膜物理研究實(shí)驗(yàn)室)；實(shí)施例I :(I)將2ml的正硅酸四乙酯(TEOS)在4ml氨水的催化作用下水解，在40度下反應(yīng)4小時(shí)制備直徑為80nm的二氧化硅溶膠。(2)對(duì)制備好的二氧化硅溶膠用200微升的3-氨丙基三甲氧基硅氧烷(APTMS)進(jìn)行修飾，使其表面帶上氨根基團(tuán)，接著進(jìn)行離心除去多余的APTMS，然后將5ml濃度為2M的MPA穩(wěn)定水溶性熒光CdTeS量子點(diǎn)加入到修飾過(guò)的二氧化硅溶膠中，反應(yīng)24小時(shí)使其充分反應(yīng)，然后離心，將離心產(chǎn)物分散在乙醇中(乙醇用量為能夠?qū)㈦x心下來(lái)的產(chǎn)物分散開就行了)。(3)向(2)中制備好的復(fù)合材料中加入2ml氨水和1000微升的TEOS，TEOS在氨水的催化下水解，反應(yīng)條件為室溫下反應(yīng)24小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后使用Y -巰丙基三甲氧基硅(MPTMS)進(jìn)行修飾，使其表面帶有巰基基團(tuán)，其結(jié)構(gòu)如圖I所示，其結(jié)構(gòu)是樣品中間是二氧化硅球，中間是多個(gè)熒光量子點(diǎn)，最外層是二氧化硅球殼，最外層表面是用MPTMS修飾過(guò)。由于在一個(gè)復(fù)合納米顆粒中包含有多個(gè)量子點(diǎn)，因此一個(gè)復(fù)合結(jié)構(gòu)的熒光強(qiáng)度是單個(gè)量子點(diǎn)的55倍(如圖2)，由于在熒光探針周圍二氧化硅介質(zhì)的存在，熒光探針的發(fā)射波長(zhǎng)發(fā)生紅移。(4)向(3)中制備好的帶有巰基基團(tuán)的量子點(diǎn)熒光復(fù)合納米顆粒中加入抗體，抗體通過(guò)帶有的氨基基團(tuán)與探針表面的巰基結(jié)合在一起(示意圖如圖3)。由于抗體具有特異性，復(fù)合探針可以實(shí)現(xiàn)特異性標(biāo)記。

實(shí)施例2 (I)將4. 4ml的正硅酸四乙酯(TEOS)在8ml氨水的催化作用下水解，在80度下反應(yīng)2小時(shí)制備直徑為150nm的二氧化硅溶膠。(2)對(duì)制備好的二氧化硅溶膠用500微升的氨丙基三乙氧基硅烷進(jìn)行修飾，使其表面帶上氨根基團(tuán)，接著進(jìn)行離心除去多余的APTMS，然后將IOml濃度為2M的MPA穩(wěn)定水溶性熒光CdTe量子點(diǎn)加入到修飾過(guò)的二氧化硅溶膠中，反應(yīng)24小時(shí)使其充分反應(yīng)，然后離心并分散在異丙醇中。(3)向(2)中制備好的復(fù)合材料中加入4ml氨水和5000微升的TEOS，TEOS在氨水的催化下水解，反應(yīng)條件為室溫下反應(yīng)24小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后使用3-氨丙基三甲氧基硅氧烷(APTMS))修飾后使其表面帶有氨基基團(tuán)。(4)向(3)中制備好的帶有氨基基團(tuán)的量子點(diǎn)熒光復(fù)合納米顆粒中加入抗體，抗體通過(guò)帶有的氨基基團(tuán)與探針表面的巰基結(jié)合在一起。由于抗體具有特異性，復(fù)合探針可以實(shí)現(xiàn)特異性標(biāo)記。實(shí)施例3 (I)將O. 55ml的正硅酸四乙酯(TEOS)在2ml氨水的催化作用下水解，在25度下反應(yīng)12小時(shí)制備直徑為IlOnm的二氧化硅溶膠。(2)對(duì)制備好的二氧化硅溶膠用100微升的3-氨丙基三甲氧基硅氧烷(APTMS)進(jìn)行修飾，使其表面帶上氨根基團(tuán)，接著進(jìn)行離心除去多余的APTMS，然后將3ml濃度為2M的MPA穩(wěn)定水溶性熒光Mn-doped ZnS量子點(diǎn)加入到修飾過(guò)的二氧化硅溶膠中，反應(yīng)24小時(shí)使其充分反應(yīng)，然后離心并分散在乙醇中。(3)向(2)中制備好的復(fù)合材料中加入Iml氨水和500微升的TEOS，TEOS在氨水的催化下水解，反應(yīng)條件為室溫下反應(yīng)24小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后使用帶有氨基基團(tuán)的硅烷偶聯(lián)齊U (如3-氨丙基三甲氧基硅氧烷(APTMS))修飾后使其表面帶有氨基基團(tuán)。(4)向(3)中制備好的帶有氨基基團(tuán)的量子點(diǎn)熒光復(fù)合納米顆粒中加入抗體，抗體通過(guò)帶有的氨基基團(tuán)與探針表面的氨基基團(tuán)在交聯(lián)劑的作用下結(jié)合在一起。由于抗體具有 特異性，復(fù)合探針可以實(shí)現(xiàn)特異性標(biāo)記。實(shí)施例4 (I)將2. 2ml的正硅酸四乙酯(TEOS)在2ml氨水的催化作用下水解，在40度下反應(yīng)4小時(shí)制備直徑為50nm的二氧化硅溶膠。(2)對(duì)制備好的二氧化硅溶膠用200微升的3-氨丙基三甲氧基硅氧烷(APTMS)進(jìn)行修飾，使其表面帶上氨根基團(tuán)，接著進(jìn)行離心除去多余的APTMS，然后將5ml濃度為2M的MPA穩(wěn)定水溶性熒光CdTe/CdS/ZnS量子點(diǎn)加入到修飾過(guò)的二氧化硅溶膠中，反應(yīng)24小時(shí)使其充分反應(yīng)，然后離心并分散在乙醇中。(3)向(2)中制備好的復(fù)合材料中加入2ml氨水和3000微升的TEOS，TEOS在氨水的催化下水解，反應(yīng)條件為室溫下反應(yīng)24小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后使用Y -巰丙基三甲氧基硅(MPTMS)進(jìn)行修飾，使其表面帶有巰基基團(tuán)。(4)向(3)中制備好的帶有巰基基團(tuán)的量子點(diǎn)熒光復(fù)合納米顆粒中加入抗體，抗體通過(guò)帶有的氨基基團(tuán)與探針表面的巰基結(jié)合在一起。由于抗體具有特異性，復(fù)合探針可以實(shí)現(xiàn)特異性標(biāo)記。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求
1.ー種高亮度無(wú)毒性熒光量子點(diǎn)納米復(fù)合探針的制備方法，其包括如下步驟 (1)制備ニ氧化硅球溶膠 正硅酸四こ酯在一定比例氨水的催化作用下水解得ニ氧化硅溶膠； (2)制備ニ氧化硅與量子點(diǎn)復(fù)合材料 用氨基硅烷偶聯(lián)劑修飾步驟(I)所得的ニ氧化硅溶膠，然后將3-巰基丙酸穩(wěn)定的水溶性熒光量子點(diǎn)加入到修飾過(guò)的ニ氧化硅溶膠中，充分反應(yīng)后離心，將離心后固體產(chǎn)物分散在溶劑中得ニ氧化硅與量子點(diǎn)復(fù)合材料溶液； (3)制備ニ氧化硅-量子點(diǎn)-ニ氧化硅結(jié)構(gòu) 將氨水和正硅酸四こ酯加入步驟(2)制備的復(fù)合材料溶液中進(jìn)行水解反應(yīng)，水解反應(yīng)結(jié)束后用硅烷偶聯(lián)劑修飾水解產(chǎn)物，所得ニ氧化硅-量子點(diǎn)-ニ氧化硅結(jié)構(gòu)表面帶有各種基團(tuán)，所述帶各種基團(tuán)的ニ氧化硅-量子點(diǎn)-ニ氧化硅結(jié)構(gòu)連接多種生物分子后即為熒光量子點(diǎn)納米復(fù)合探針。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟(I)所述正硅酸四こ酯與氨水的體積比為 O. 02 10 0. 5 10。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟(I)所述水解反應(yīng)溫度為2(T10(TC，反應(yīng)時(shí)間為Γ24小吋。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟(I)所述ニ氧化硅溶膠的尺寸為40 200nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟(2)中所述氨基硅烷偶聯(lián)劑為3-氨丙基ニ甲氧基娃氧燒或氣丙基ニこ氧基娃燒。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述水溶性熒光量子點(diǎn)為CdTeS、CdTe,CdSe、Μη-doped ZnS,CdS 或 CdTe/CdS/ZnS。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟(2)中所述反應(yīng)時(shí)間至少為6小時(shí)；所述溶劑為こ醇、異丙醇。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟(3)中所述復(fù)合材料的體積與加入的氨水和正硅酸四こ酯的體積和的比例為O. 02^4 :0. 5^4 ;其中所述正硅酸四こ酯與氨水的體積比為O. 02 10 :0. 5 10。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟(3)中所述硅烷偶聯(lián)劑為こ烯基硅烷偶聯(lián)劑、氣基娃燒偶聯(lián)劑、環(huán)氧基娃燒偶聯(lián)劑、甲基丙稀酸氧基娃燒偶聯(lián)劑、疏基娃燒偶聯(lián)劑或脲基硅烷偶聯(lián)劑。
10.權(quán)利要求Γ9任意一項(xiàng)所述方法制備的熒光量子點(diǎn)納米復(fù)合探針。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種高亮度無(wú)毒性熒光量子點(diǎn)納米復(fù)合探針的制備方法，其包括如下步驟(1)制備二氧化硅球溶膠；(2)制備二氧化硅與量子點(diǎn)復(fù)合材料；(3)制備二氧化硅-量子點(diǎn)-二氧化硅結(jié)構(gòu)。本發(fā)明是通過(guò)在二氧化硅表面連接大量的熒光量子點(diǎn)，使單個(gè)探針具有高于單個(gè)量子點(diǎn)幾十上百倍的熒光增強(qiáng)效應(yīng)，然后使用二氧化硅對(duì)二氧化硅/量子點(diǎn)納米顆粒進(jìn)行包裹，實(shí)現(xiàn)了好的生物相容性，非常容易鏈接生物分子，并徹底屏蔽了量子點(diǎn)的生物毒性。
文檔編號(hào)C09K11/02GK102851021SQ201210367080
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月26日
發(fā)明者尹乃強(qiáng), 許小亮, 朱立新 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)