一種核殼結構量子點復合納米晶熒光探針及制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于納米材料的制備技術及生物分析檢測技術領域，尤其涉及一種核殼結構量子點復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】
[0002]半導體量子點主要是由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，當半導體材料的尺寸小于或接近于激子波爾半徑時，離子能量出現量子化，因此，半導體量子點的光學性質隨粒子尺寸的變化而改變，同時其發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注的熱點，從有機相到水相，從低熒光量子產率到高熒光量子產率，從短熒光壽命到長熒光壽命，量子點的制備技術在不斷發展。目前量子點作為熒光探針可以同時實現對疾病診斷、跟蹤、治療于一體的多功能型量子點。同時，與傳統的燃料探針相比，量子點探針具有抗光漂白，激發波長寬的特點，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。本發明基于量子點的發光特性，在量子點表面引入還原型谷胱甘肽作為穩定劑，獲得一種特異性識別金屬離子的探針。這一探針可以實現實時監測細胞內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，獲得熒光量子產率更高、更穩定及生物相容性更好的的量子點的制備及其在各領域的應用具有重要的意義。
[0003]目前，廣泛應用的是鎘類量子點，但由于鎘的生物毒性，限制了其在生物醫學及生物檢測領域的應用。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合中心等缺點，制備的Zn類量子點存在易氧化、不穩定及量子產率較低等問題。我們通過在制備的Zn類量子點表面包覆一層含有類ZnS團簇的S12殼層，從而使量子點表面缺陷減少，量子產率、顆粒的穩定性及生物相容性明顯提高，可以更廣泛的應用于生物傳感器、熒光探針、生物標記等領域。
[0004]經對現有技術的文獻檢索發現，在ZnSe量子點表面包覆3丨02殼層已經有相關的報道。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)和環己烷形成的微乳液體系，經過三步反應合成。但是這種制備方法引入了新的有機物質對后期的量子點的分離帶來困難，量子點的產率提高有限；同時微乳液方法制備包覆Si02m米晶，由于微反應器的限制，制備ZnSeOS1 2納米晶的產量較小。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種制備過程簡單，產率高，且發光性能、穩定性及生物相容性好的水溶性核殼結構量子點復合納米晶及探針的制備方法。首先，本發明提供了一種ZnSe基量子點核殼結構復合納米晶的制備方法，該殼層為含有類ZnS半導體簇的復合二氧化硅殼，通過包覆復合二氧化硅殼，量子點克服了普通量子點物理化學性質不穩定性，發光性能易受外界環境影響等不足，同時量子點的產率得到明顯提高。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。本發明的熒光探針具有很高的靈敏度，良好的穩定性，并且對生物體毒性較小，具有廣泛的應用前景。
[0006]本發明是通過以下措施實現的:
一種核殼結構量子點復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定劑和Zn源，其中表面穩性劑的濃度為5X 10_3~5X 10_2 mol/L，加入濃度為I mol/L的氫氧化鈉溶液調節溶液的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體溶液，在室溫下反應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1-10h，得到復合二氧化硅殼包覆的高發光效率的核殼結構量子點。
[0007]本發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:采用化學共沉淀法，將物質的量的比為2:1-8:1的似8比與Se粉在氮氣的保護性溶于2_5mL蒸餾水，得到Se的前驅體溶液；將Zn2+源按照Zn 2+與Se 2_物質的量比為2:1-5:1溶于15-30 mL蒸餾水，加入表面穩定劑，其中表面穩定劑與Zn2+的摩爾比為1:1_4:1，并用濃度為I mol/L的氫氧化鈉調節溶液的pH值為9-12，得到Zn前驅體；將Se的前驅體溶液迅速注入到Zn前驅體中，在氮氣保護下，磁力攪拌加熱，在90-120°C，油浴回流反應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、硫脲和表面穩定劑，其中ZnSe量子點的濃度為9X10—4 - 8X10—3 mol/L, Zn源、表面穩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溶液調節pH值為8-11.5，在磁力攪拌下，加熱至90-120 °C，油浴回流反應1-8 h，得到水溶性高熒光效率的ZnSeiZnS量子點。
[0008]本發明中步驟(a)中醇為異丙醇或乙醇。
[0009]本發明所述表面穩定劑為還原性谷胱甘肽。
[0010]本發明步驟(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]本發明步驟(C)中所述復合二氧化硅殼中含有類ZnS半導體納米簇，半導體納米簇均勻分布在復合二氧化硅殼中，顆粒粒徑為0.5-2.5 nm。
[0013]本發明一種高效率的熒光探針，制備過程如下:取10PL制備好的核殼結構復合納米晶，其中復合納米晶的濃度為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]本發明與現有技術相比，具有以下有益效果:
本發明提供了一種核殼結構量子點復合納米晶熒光探針的制備方法，本發明制得的ZnSe基量子點具有立方閃鋅礦結構，粒徑范圍為3.5±0.5 nm ;包覆復合S12殼層后，復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生紅移，紅移主要是復合S12殼層中半導體ZnS團簇的厚度隨回流時間的延長而增大。與傳統的S1 2包覆量子點比較，這種復合3102殼層中含有半導體團簇，進一步提高了復合納米晶的各項性能；核殼結構復合納米晶的發光效率明顯提高，例如量子點的量子產率為20-30%，得到的3102包覆的復合納米晶的產率可達40-90%，同時復合納米晶表現出更好的穩定性及生物相容性，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定性，熒光強度及高的靈敏度，在環境檢測、醫藥及生物領域具有廣闊應用前景。
【附圖說明】
[0016]圖1納米晶的XRD圖譜:(a) ZnSe ； (b) ZnSeOS12復合納米晶
圖2核殼結構復合納米晶的TEM照片(a) ZnSeOS12復合納米晶；(b) ZnSeiZnSiS1 2復合納米晶
圖3不同反應時間制備的ZnSelgS12復合納米晶的吸收光譜圖圖4不同反應時間制備的ZnSelgS12復合納米晶的熒光光譜圖圖5 ZnSe@ZnS@Si02復合納米晶的吸收光譜和熒光光譜圖6 ZnSelgS12復合納米晶在不同pH緩沖溶液中的穩定性
圖7不同濃度銀離子對ZnSe@ZnS@Si02復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明的技術方案，但是本發明的技術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溶液調節pH=ll.5，得到Zn的前驅體溶液；將Zn的前驅體轉入三口瓶中，在氮氣保護下迅速注入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)核殼結構ZnSe@Si02復合納米晶的制備
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溶液調節混合溶液的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2h，得到核殼結構ZnSelgS12復合納米晶，其中含有ZnS團簇的S12殼層的厚度大小為0.5 nm。如圖2 (a)中為ZnSeOS12復合納米晶的TEM照片。圖1為納米晶的XRD圖譜:(a) ZnSe ； (b) ZnSeiS12復合納米晶。
[0020](3)取10PL制備的核殼結構ZnSe@Si02復合納米晶，其中復合納米晶的濃度為2X10-5 11101/1，加入1.8 mL pH=7.4，濃度為0.01 mo