一種超小近紅外銅銦硒量子點的制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種超小近紅外銅銦硒量子點的制備方法，首先是制備尺寸均勻的納米粒子核，合成過程中首先是銅及銦的氯化物與三辛基膦/十二烷胺形成有機金屬化合物，在50?60℃的條件下攪拌，得到無色均勻混合溶液，在200℃下反應有機金屬單體迅速反應生成納米粒子，看到反應物顏色的逐漸變化；反應溶液中的十二烷基硫醇能夠穩定生成的納米粒子，同時較低的反應溫度使得成核反應的可控性提高，提高納米粒子的光學穩定性；該方法簡單可控；超小銅銦硒量子點的尺寸約為2納米左右，使用多齒聚合物配體進行功能化后得到的水溶性納米粒子穩定性好及熒光量子效率高，發光光譜覆蓋650納米至800納米的近紅外光區，用于多種生物熒光標記應用。
【專利說明】
一種超小近紅外銅銦砸量子點的制備方法
技術領域
[0001 ]本發明涉及生物標記焚光納米粒子材料技術，尤其涉及一種超小近紅外銅銦砸量子點的制備方法。
【背景技術】
[0002]量子點(quantum dots)又稱為半導體納米晶體，是一種由I1-1V族或I1-1V族元素組成的納米晶粒。量子點由于其優良的物理化學性質，如量子尺寸效應、發光性能和化學加工性，以及在生物標記、生物傳感、光電子學和太陽能電池等領域的應用而備受關注。
[0003]與傳統的有機熒光試劑相比，量子點具有許多優異的光譜性能，在生物學、醫學領域顯示出了廣闊的應用前景，尤其是近年來發展起來的近紅外熒光量子點，由于對組織具有強的穿透力，特別適合于體內非侵入性可視化成像;在生物體內成像使用，最重要的一點就是不能產生毒性而破壞正常細胞;含鎘量子點的細胞毒性來源于其解離或存在于表面的鎘離子，而量子點在細胞內的分布極大影響了其細胞毒性，極大限制了近紅外量子點在活體成像中的應用。
[0004]目前，無鎘量子點主要以Cu、Ag、Mn、Zn、Se、S等元素組成，并以化學方法合成，量子點的合成目前使用較多的方法是金屬有機合成法與水相合成法;金屬有機合成的量子點穩定性、表面修飾性雖較好，但存在水溶性差、制備復雜、成本較高等缺點，限制了其應用。
[0005]常見的水相合成方法具有低成本、操作簡單、反應條件溫和、容易調控等優點。有文獻報道采用高溫有機方法制備了硫化銀量子點，由于采用高溫油相方法，所得的量子點為油溶性，需要進一步修飾才能應用于生物體系;采用微波輻射法制備水溶性近紅外碲化鎘量子點，其碲源的獲取需要的反應時間較長且反應需要無氧環境保護，同時，鎘元素含有較高的毒性;采用水相法合成了發射黃色可見光的錳摻雜的砸化鋅量子點，但是可調節波長有限，不利于活體成像研究。
[0006]本案需要重點指出的是，目前的近紅外發光熒光納米粒子-量子點的制備通常采用有機金屬法合成砸碲化鎘，砷化銦，硫化鉛等;相對于在可見光譜發光的砸化鎘量子點，近紅外發光的量子點發光量子效率不高，制備困難，產物的質量控制不好，涉及到的反應試劑是劇毒，易爆，易燃等危險品化學品，對于試劑的使用，存儲及處理有很高的要求;考慮到近紅外發光納米粒子在生物醫學中的潛在應用，發明簡單有效可控性好的近紅外量子點合成方法非常有意義。
[0007]近年，一些低毒性的近紅外發光量子點，例如硫化銀，銅銦砸等的制備在文獻中有報道。作為一種低毒的近紅外量子點，目前的方法得到的銅銦砸量子點具有較大的尺寸及較寬的尺寸分布，反應可控性較差。
[0008]本案所實施之方案改進了的合成方法，得到了均勻分布的超小尺寸的近紅外量子點，反應的可控性大大提高;銅銦砸量子點的合成通過銅及銦的氯化物與砸脲的反應，不同于經典的砸化鎘的合成(300°C以上的反應溫度)，此反應在200°C下進行，反應溫度比較容易控制，工業生產上較低的溫度也比較容易實現，整個反應過程不涉及高毒性的反應試劑，是比較環保的化學反應。
[0009]因此，針對以上方面，需要對現有技術進行有效創新。
【發明內容】
[0010]針對以上缺陷，本發明提供一種超小近紅外銅銦砸量子點的制備方法，以解決現有技術的諸多不足。
[0011 ]為實現上述目的，本發明采用以下技術方案:
[0012]—種超小近紅外銅銦砸量子點的制備方法，包括以下步驟:
[0013](I)首先，將氯化亞銅10毫克、氯化銦22毫克以及25毫克的砸脲置于25毫升的三頸反應瓶中，加入2.5暈升十八稀、1_升三辛基膦；
[0014](2)以上混合物超聲30分鐘后，相繼加入I毫升油胺及0.5毫升十二烷基硫醇，所得反應液經過仔細脫水脫氧操作后加熱至50-60°C，攪拌后得到無色透明的反應液；
[0015](3)將無色透明的反應液冷至室溫后加熱至200°C，可見反應溶液的顏色從無色逐漸變為黃、紅，最終為黑褐色，反應溫度至200°C后立即終止反應并降溫；
[0016](4)再向步驟(3)所得的反應物中加入甲醇與丙酮混合溶劑，沉降的納米粒子經過高速離心分離后溶于無水氯仿中，用0.22微米的尼龍濾頭過濾；
[0017](5)將步驟(4)得到的氯仿溶液5毫升與2毫升十八烯、0.5毫升油胺置于反應瓶中，真空條件下除去氯仿；
[0018](6)然后，制備二乙基黃原酸鋅反應液:將30毫克二乙基黃原酸鋅與250毫克油酸鋅，同時溶于I毫升十八烯、1.5毫升三辛基膦及0.5毫升二辛基胺的混合溶液；
[0019](7)將0.5毫升上述的鋅反應液加入銅銦砸量子點溶液中，加熱至190°C，剩余的鋅反應液緩慢滴加至溶液中，控制反應溫度為190°C ；
[0020](8)將步驟(7)制得的反應混合物冷卻至室溫，加入體積比為1:3的丙酮與甲醇沉降納米粒子，離心分離后的納米粒子溶于10毫升氯仿溶液中，用0.2微米的濾頭過濾，得到的溶液用于配體交換。
[0021]步驟(8)之后，進行銅銦砸量子點與多齒聚合物配體的配體交換反應步驟為:雙親聚合物溶于量子點6納摩在氯仿3毫升的溶液中，與聚合物配體50毫克的水溶液I毫升混合，混合物在45°C劇烈攪拌半小時后冷卻靜置，可見納米粒子從有機相轉至水相;加入I毫升去離子水，將納米粒子的水溶液從反應混合物中分離后0.2微米濾頭過濾，通過分子量選擇濾膜離心分離提純，除去未反應的配體及其他雜質，得到的納米粒子水溶液4度條件下保存。
[0022]本發明所述的超小近紅外銅銦砸量子點的制備方法的有益效果為:
[0023](I)通過對反應過程的改進得到質量可控的，尺寸超小(2納米)且分布均勻的，具有高發光亮度的銅銦砸量子點，同時使用多齒聚合物配體對其進行修飾，得到高度穩定水溶的熒光納米粒子，由于近紅外光在生物組織中良好的穿透性，尤其在活體生物成像上具有重要的應用;超小的粒子尺寸使其能從生物體排出，利于其在活體內的應用；
[0024](2)銅銦砸量子點的合成分為兩步，首先是制備尺寸均勻的納米粒子核，合成過程中首先是銅及銦的氯化物與三辛基膦/十二烷胺形成有機金屬化合物，在50-60 °C的條件下攪拌幾小時，得到無色均勻的混合溶液，在200°C溫度下反應有機金屬單體迅速反應生成納米粒子，能夠看到反應物顏色的逐漸變化;反應溶液中的十二烷基硫醇能夠穩定生成的納米粒子，由于快速的成核過程得到的納米粒子尺寸非常均勻，同時較低的反應溫度使得成核反應的可控性大大提高，得到的量子點核通過進一步反應包覆硫化鋅殼，從而提高納米粒子的光學穩定性；
[0025](3)采用的硫化鋅的前體物為二乙基黃原雙鋅，這種前體物自身在高溫下分解生成硫化鋅，相對于分別使用硫的前體物與鋅的前體物反應生成硫化鋅，這種方法更簡單可控；
[0026](4)超小銅銦砸量子點的尺寸約為2納米左右，使用多齒聚合物配體進行功能化后得到的水溶性納米粒子具有很好的穩定性及較高的熒光量子效率，其發光光譜覆蓋650納米至800納米的近紅外光區，適用于多種生物熒光標記應用。
【附圖說明】
[0027]下面根據附圖對本發明作進一步詳細說明。
[0028]圖1是本發明銅銦砸近紅外量子點的合成過程及使用多齒聚合物配體的表面功能化過程示意圖一；
[0029]圖2是本發明銅銦砸近紅外量子點的合成過程及使用多齒聚合物配體的表面功能化過程示意圖二；
[0030]圖3是本發明銅銦砸/硫化鋅量子點的紫外-可見吸收光譜(黑線)及熒光發射光譜(紅線:配體交換前，藍線:配體交換后)示意圖；
[0031 ]圖4是本發明銅銦砸量子點的電子顯微鏡照片示意圖；
[0032]圖5是本發明銅銦砸/硫化鋅量子點的電子顯微鏡照片示意圖。
【具體實施方式】
[0033]如圖1-5所示，本發明實施例所述的超小近紅外銅銦砸量子點的制備方法，由以下步驟組成:
[0034](I)首先，將氯化亞銅10毫克、氯化銦22毫克以及25毫克的砸脲置于25毫升的三頸反應瓶中，加入2.5暈升十八稀、1_升三辛基膦；
[0035](2)以上混合物超聲30分鐘后，相繼加入I毫升油胺及0.5毫升十二烷基硫醇，所得反應液經過仔細脫水脫氧操作后加熱至50-60°C，攪拌后得到無色透明的反應液；
[0036](3)將無色透明的反應液冷至室溫后加熱至200°C，可見反應溶液的顏色從無色逐漸變為黃、紅，最終為黑褐色，反應溫度至200°C后立即終止反應并降溫；
[0037](4)再向步驟(3)所得的反應物中加入甲醇與丙酮混合溶劑，沉降的納米粒子經過高速離心分離后溶于無水氯仿中，用0.22微米的尼龍濾頭過濾；
[0038](5)將步驟(4)得到的氯仿溶液5毫升與2毫升十八烯、0.5毫升油胺置于反應瓶中，真空條件下除去氯仿；
[0039](6)然后，制備二乙基黃原酸鋅反應液:將30毫克二乙基黃原酸鋅與250毫克油酸鋅，同時溶于I毫升十八烯、1.5毫升三辛基膦及0.5毫升二辛基胺的混合溶液；
[0040](7)將0.5毫升上述的鋅反應液加入銅銦砸量子點溶液中，加熱至190°C，剩余的鋅反應液緩慢滴加至溶液中，控制反應溫度為190°C ；
[0041](8)將步驟(7)制得的反應混合物冷卻至室溫，加入體積比為1:3的丙酮與甲醇沉降納米粒子，離心分離后的納米粒子溶于10毫升氯仿溶液中，用0.2微米的濾頭過濾，得到的溶液用于配體交換；
[0042](9)銅銦砸量子點與多齒聚合物配體的配體交換反應參照下列操作步驟:雙親聚合物溶于量子點(6納摩)在氯仿(3毫升)的溶液中，與聚合物配體(50毫克)的水溶液(I毫升)混合，混合物在45度劇烈攪拌半小時后冷卻靜置，可見納米粒子從有機相轉至水相;加入I毫升去離子水，將納米粒子的水溶液從反應混合物中分離后過濾(0.2微米濾頭)，通過分子量選擇濾膜離心分離提純，除去未反應的配體及其他雜質，得到的納米粒子水溶液4度條件下保存。
[0043]上述對實施例的描述是為了便于該技術領域的普通技術人員能夠理解和應用本案技術，熟悉本領域技術的人員顯然可輕易對這些實例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其它實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本案不限于以上實施例，本領域的技術人員根據本案的揭示，例如，對于部分原料用量并非完全固定為一個數值，僅是優選實例，對于本案做出的改進和修改都應該在本案的保護范圍內。
【主權項】
1.一種超小近紅外銅銦砸量子點的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)首先，將氯化亞銅10毫克、氯化銦22毫克以及25毫克的砸脲置于25毫升的三頸反應瓶中，加入2.5毫升十八烯、I毫升三辛基膦； (2)以上混合物超聲30分鐘后，相繼加入I毫升油胺及0.5毫升十二烷基硫醇，所得反應液經過仔細脫水脫氧操作后加熱至50-60°C，攪拌后得到無色透明的反應液； (3)將無色透明的反應液冷至室溫后加熱至200°C，可見反應溶液的顏色從無色逐漸變為黃、紅，最終為黑褐色，反應溫度至200200°C后立即終止反應并降溫； (4)再向步驟(3)所得的反應物中加入甲醇與丙酮混合溶劑，沉降的納米粒子經過高速離心分離后溶于無水氯仿中，用0.22微米的尼龍濾頭過濾； (5)將步驟(4)得到的氯仿溶液5毫升與2毫升十八烯、0.5毫升油胺置于反應瓶中，真空條件下除去氯仿； (6)然后，制備二乙基黃原酸鋅反應液:將30毫克二乙基黃原酸鋅與250毫克油酸鋅，同時溶于I毫升十八烯、1.5毫升三辛基膦及0.5毫升二辛基胺的混合溶液； (7)將0.5毫升上述的鋅反應液加入銅銦砸量子點溶液中，加熱至190°C，剩余的鋅反應液緩慢滴加至溶液中，控制反應溫度為190°C ; (8)將步驟(7)制得的反應混合物冷卻至室溫，加入體積比為1:3的丙酮與甲醇沉降納米粒子，離心分離后的納米粒子溶于10毫升氯仿溶液中，用0.2微米的濾頭過濾，得到的溶液用于配體交換。2.根據權利要求1所述的超小近紅外銅銦砸量子點的制備方法，其特征在于:步驟(8)之后，進行銅銦砸量子點與多齒聚合物配體的配體交換反應步驟為:雙親聚合物溶于量子點6納摩在氯仿3毫升的溶液中，與聚合物配體50毫克的水溶液I毫升混合，混合物在45°C劇烈攪拌半小時后冷卻靜置，可見納米粒子從有機相轉至水相;加入I毫升去離子水，將納米粒子的水溶液從反應混合物中分離后0.2微米濾頭過濾，通過分子量選擇濾膜離心分離提純，除去未反應的配體及其他雜質，得到的納米粒子水溶液4度條件下保存。
【文檔編號】C09K11/02GK105907395SQ201610242650
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月16日
【發明人】孫明昊, 嚴正龍, 馬東
【申請人】上海雙洳生物科技有限公司