一種基于長壽命復合量子點的熒光編碼微球及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于生物分析技術領域，特別涉及一種基于長壽命復合量子點的熒光編碼 微球及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 半導體量子點（簡稱QDs，也稱半導體納米晶）由于其獨特的光學和電學性質，在 光電轉換、生命科學等領域備受廣大科研工作者的關注，現有技術將不同數量、不同熒光特 征的量子點組合進內部鏤空的高分子小球，從而形成具有不同光譜特征和亮度特征的、可 以標記到生物大分子上的量子點熒光編碼微球，使用單一波長光源照射量子點熒光編碼微 球時，可同時激發不同大小尺寸和不同數量的量子點，使它們發射出不同波長和不同熒光 強度的光并可被同時檢測，因而在生物化學、分子生物學、細胞生物學及免疫學等領域有著 廣闊的應用前景。但這種量子點熒光編碼微球發射波長多在可見光區，可見光最多只能穿 透毫米級厚度的組織，同時這種量子點熒光編碼微球的熒光強度隨著量子點濃度的變化而 變化，熒光強度不穩定，難以進行正確的編碼，這兩個缺陷大大限制了量子點熒光編碼微球 在生物領域的應用。
【發明內容】
[0003] 為解決上述問題，本發明提供了一種基于長壽命復合量子點的熒光編碼微球，所 述熒光編碼微球的發射光譜覆蓋整個近紅外光區域，同時引入熒光壽命這個不隨濃度變化 的穩定參數，使熒光編碼更為準確，所述基于長壽命復合量子點的熒光編碼微球的制備方 法操作簡便，可在室溫下直接反應，反應穩定且重現性好，所述基于長壽命復合量子點的熒 光編碼微球可作為熒光標記物廣泛應用于細胞、組織成像，尤其可應用于活體成像研究。
[0004] 第一方面，本發明提供了一種基于長壽命復合量子點的熒光編碼微球，包括瓊脂 糖微球、第一量子點和第二量子點，所述第一量子點和第二量子點通過化學鍵和所述瓊脂 糖微球結合；所述第一量子點具有以碲化鎘（CdTe)為核，以銅離子摻雜的硫化鎘（CdS = Cu) 為殼的核殼結構；所述銅離子摻雜的硫化鎘中銅離子的摻雜摩爾分數為〇. 5%~2. 0%，所 述核的尺寸為I. 8nm~2. 2nm，所述殼的厚度為2nm~4nm ;所述第二量子點的發射波長為 700nm~820nm，所述第二量子點的熒光壽命為100~220納秒。
[0005] 優選地，所述第二量子點為碲化鎘/硫化鎘量子點或碲化鎘量子點。
[0006] 所述碲化鎘/硫化鎘量子點(表示為CdTe/CdS)具有以碲化鎘為核，以硫化鎘為殼 的核殼結構，所述硫化鎘是以外延式生長的方式包覆在所述碲化鎘上形成核殼結構，所述 核的尺寸為2nm~2. 2nm，所述殼的厚度為2nm~4nm。
[0007] 所述碲化鎘/硫化鎘量子點的發射波長范圍為700nm~820nm，所述碲化鎘/硫化 鎘量子點的熒光壽命為100~220納秒。
[0008] 所述碲化鎘量子點(表示為CdTe)的粒徑為4nm~6nm。所述碲化鎘量子點的發射 波長范圍為700nm~800nm，所述碲化鎘量子點的熒光壽命為100~150納秒。
[0009] 所述第一量子點（表示為CdTe/CdS:Cu)中所述銅離子摻雜的硫化鎘是以外延式 生長的方式包覆在所述碲化鎘核上形成核殼結構。所述第一量子點的發射波長范圍為 700nm~910nm，突光壽命為0· 8~L 2微秒。
[0010] 優選地，所述基于長壽命復合量子點的突光編碼微球的粒徑為50 μ m~150 μ m。
[0011] 優選地，所述第一量子點和第二量子點的質量比為（1~4) : (0~4)。
[0012] 更優選地，所述第一量子點和第二量子點的質量比為1:1。
[0013] 瓊脂糖微球具有豐富的納米孔隙網狀結構，所述第一量子點和第二量子點表面修 飾有羧基，第一量子點和第二量子點上的羧基和瓊脂糖微球上的氨基形成酰胺鍵，使所述 第一量子點和第二量子點通過化學鍵和所述瓊脂糖微球結合，連接在瓊脂糖微球的表面和 孔隙，所述瓊脂糖微球結合第一量子點和第二量子點后不會影響量子點的光學和物理特 性，且為量子點提供了保護屏障，提高了量子點的穩定性，同時瓊脂糖微球生物相容性好， 提高了量子點的生物安全性。
[0014] 所述第一量子點的發射波長范圍為700nm~910nm，熒光壽命為0· 8~L 2微秒， 所述第二量子點的發射波長為700nm~820nm，熒光壽命為100~220納秒，本發明利用瓊 脂糖微球同時結合第一量子點和第二量子點，所述第一量子點和第二量子點為兩種不同發 射波長和不同突光壽命的量子點。所述基于長壽命復合量子點的突光編碼微球發射光譜覆 蓋整個近紅外光區域，紅外光由于其波長較長，被生物體散射和吸收少，可穿透厘米級厚度 的組織，將紅外區發光的量子點標記在組織或細胞的特異組分上，通過成像檢測的方法來 分析組織內部的情況。同時，第一量子點和第二量子點的壽命較長，且熒光壽命不受激發強 度變化、熒光團的濃度和光漂白等因素的影響，是個非常穩定的參數，可以和生物體內的背 景熒光區分開，易獲得無背景干擾的熒光信號，提高基于長壽命復合量子點的熒光編碼微 球在生物熒光檢測中的靈敏度。所述微球表面還可以連接一些生物分子探針，使本發明基 于長壽命復合量子點的熒光編碼微球同時具備了光學特性和生物識別特性。
[0015] 所述第一量子點和第二量子點的發射波長和熒光壽命均不同，通過改變這兩種量 子點在微球的質量和波長特征，可以得到具有不同熒光波長和不同熒光壽命的熒光編碼微 球，所述微球發射光譜覆蓋整個近紅外光區域，同時引入熒光壽命這個不隨濃度變化的穩 定參數，使編碼更為準確。這些具有不同熒光特征的微球應用于熒光成像時，在單一波長光 的照射下，多色且不同熒光壽命的微球會產生類似"條形碼"的效果，產生大量的不同的可 區分的光學信號，編碼信息量大，生物體系的復雜性經常需要同時觀察生物的多種組分，利 用本發明不同熒光特征的微球標記不同的生物分子，使用單一激發光源就可以使多種生物 組分被即時監控，可以進行多元分析，本發明提供的基于長壽命復合量子點的熒光編碼微 球可作為熒光標記物廣泛應用于細胞、組織成像，尤其適用于活體成像研究。
[0016] 第二方面，本發明提供了一種基于長壽命復合量子點的突光編碼微球的制備方 法，包括以下步驟：
[0017] ①制備第一量子點，制備方法包括以下步驟：
[0018] (1)新制碲氫化鈉（NaHTe)或碲氫化鉀（KHTe)溶液：將摩爾比為（3~6) :1的硼 氫化鈉（NaBH4)或硼氫化鉀（KBH4)和碲粉（Te)溶解于超純水中，室溫反應4~6. 5小時，得 到碲氫化鈉（NaHTe)或碲氫化鉀（KHTe)溶液；
[0019] (2)碲化鎘（CdTe)核的制備：
[0020] 將摩爾比為I : (I. 6~2)的鎘源和巰基化合物溶于超純水中配制成混合溶液A， 所述混合溶液A中鎘離子的摩爾濃度為0· 015mol/L~0· 035mol/L，調節混合溶液A的pH 值至10. 5~11. 5 ;然后在無氧環境下，向所述混合溶液A中注入步驟（1)新制的碲氫化鈉 (NaHTe)或碲氫化鉀（KHTe)溶液，在4~8°C反應16~24小時，經10000轉/分高速離心、 乙醇洗滌數次，然后真空干燥得到碲化鎘（CdTe)核粉末；
[0021] (3)第一量子點（CdTe/CdS:Cu)的合成：
[0022] (a)取步驟（2)制備的碲化鎘（CdTe)粉末溶于超純水作為反應基液，所述反應基 液中碲化鎘（CdTe)的質量濃度為2g/L~3g/L，然后調節所述反應基液的pH值至10. 5~ 11. 5 ；
[0023] (b)將摩爾比為1 :2的鎘源和巰基化合物溶于超純水中配制成混合溶液B，所述混 合溶液B中鎘離子的摩爾濃度為0. 05mol/L~0. lmol/L，然后在攪拌條件下，向步驟（a)所 述的反應基液中分三次加入所述混合溶液B，采用金屬浴加熱進行反應，實現銅離子摻雜的 硫化鎘（CdS: Cu )在所述碲化鎘（CdTe )核上的包覆：
[0024] 第一次加入所述混合溶液B的體積為所述反應基液體積的1/250,反應溫度 為90°C，反應時間為30min ;第二次加入所述混合溶液B的體積為所述反應基液體積的 1/50~1/10,反應溫度為90~KKTC，反應時間為4小時；第三次加入所述混合溶液B的 體積為所述反應基液體積的1/25~1/5,同時加入體積為所述反應基液體積的1/10000~ 1/2000的銅離子濃度為0· lmol/L~0· 2mol/L的銅源溶液，反應溫度為95~KKTC，反應 時間為1. 5~3小時；然后自然冷卻至室溫后，即得所述第一量子點溶液，所述第一量子點 溶液經10000轉/分高速離心、乙醇洗滌數次，然后真空干燥后便得到所述第一量子點；
[0025] 所述第一量子點具有以碲化鎘（CdTe)為核，以銅離子摻雜的硫化鎘（CdS = Cu)為 殼的核殼結構；所述銅離子摻雜的硫化鎘中銅離子的摻雜摩爾分數為〇. 5%~2. 0% ;所述核 的尺寸為I. 8nm~2. 2nm，所述殼的厚度為2nm~4nm ;