專利名稱：一種穩定的水溶性殼聚糖衍生物熒光量子點及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種用作熒光探針的穩定的水溶性殼聚糖衍生物熒光量子點及其制備方法，屬于生物化學領域。
背景技術：
熒光量子點因其具有窄發射、無漂白和高穩定的熒光性質近年來引起了人們的極大關注。與傳統的熒光染料相比，熒光量子點在熒光探針、生物標記、疾病診斷等方面具有得天獨厚的優勢。目前高質量的熒光量子點主要由金屬有機化合物在高溫高壓下制得，這種油相中制備的量子點若應用于生物醫學領域必須要經過復雜的親水性修飾，修飾的過程往往會造成熒光效率的顯著降低，更重要的是無法解決量子點的生物毒性和生物相容性差的問題，大大阻礙了量子點的應用。
發明內容
為了克服現有的熒光量子點的不足，本發明提供了一種穩定的殼聚糖衍生物水溶性熒光量子點及其制備方法，殼聚糖衍生物在酸堿條件下水溶性都很好，能在中性條件下制備納米粒子，可避免有機溶劑的毒性作用，適合熒光量子點在生物醫藥領域的應用。而且本發明的制備方法工藝安全、簡單有效、符合環保要求，所制得的熒光量子點熒光效率高、穩定性好。
本發明提供的技術方案是一種用作熒光探針的殼聚糖衍生物水溶性熒光量子點，量子點用以殼聚糖衍生物中的殼聚糖季銨鹽、羧甲基殼聚糖、殼聚糖硫酸酯或水溶性殼聚糖為模板，在其分子網格中原位生長形成CdS、ZnS、PbS、CdSe、ZnSe或PbSe納米微晶(量子點)的方法制得，且納米微晶粒徑為直徑在2-6nm之間。
本發明還提供了這種水溶性熒光量子點的制備方法，其具體步驟如下(1)于室溫將殼聚糖衍生物溶于蒸餾水中，制得濃度為2.5-10mg/ml的殼聚糖衍生物水溶液，(2)在攪拌條件下往制得的殼聚糖衍生物水溶液中加入濃度為5×10-4-10-2mol/l金屬鹽前驅物水溶液，攪拌8-12小時，所得產物即為殼聚糖衍生物的金屬絡合物。
(3)將所得產物置于三口燒瓶中，密封通氮氣保護，高速攪拌同時迅速向溶液中加入與金屬鹽前驅物等摩爾的硫族前驅物溶液，金屬和硫的摩爾比范圍在1∶3～3∶1之間，溶液立即變成帶有半導體微晶特征顏色的透明均勻溶膠。
(4)繼續在氮氣保護下攪拌，加熱至80-100℃回流2-3小時，迅速冷卻，所得溶液用1-2萬的透析袋在去離子水中透析2-3天，即得穩定的殼聚糖衍生物熒光量子點溶液。
將所得穩定的殼聚糖衍生物熒光量子點溶液于20℃以下的室溫離心分離20-30分鐘，離心速度一般在15,000rpm以上，棄上清，冷凍干燥，即得相應殼聚糖衍生物穩定的熒光量子點粉末。
按上述方法，所制得的熒光量子點包括CdS、ZnS、PbS、CdSe、ZnSe、PbSe；所用的殼聚糖衍生物有殼聚糖季銨鹽、羧甲基殼聚糖、殼聚糖硫酸酯或水溶性殼聚糖；所用到的金屬鹽前驅物為分析純的醋酸鎘、醋酸鋅或醋酸汞粉末，所用到的硫族前驅物為二硫化鈉或硒氫化鈉。
殼聚糖具有較多活性功能團，易于金屬離子絡合，可作為制備量子點的模板。但殼聚糖在酸堿度為PH 6以上便不溶于水，使它不適合在中性條件下應用。而使用殼聚糖的水溶性衍生物作模板，在水溶液中制備量子點，不僅賦予了量子點極佳的水溶性，更由于生物活性物質的包覆從根本上解決了生物相容性的問題。本發明提供的熒光量子點就是在直徑為2-6nm之間量子點的表面包覆生物活性的殼聚糖衍生物。制備中所用的殼聚糖季銨鹽、羧甲基殼聚糖、殼聚糖硫酸酯及水溶性殼聚糖都是帶有生物活性的水溶性殼聚糖衍生物，它們已經廣泛地被作為藥物載體、抗凝血、抗菌、抗粘連的生物材料應用于生物醫學領域，實踐證明這些材料具有良好的生物相容性、無毒性和免疫原性。以這些殼聚糖衍生物作為穩定劑制備的水溶性熒光量子點可不需經過親水性和相容性修飾直接應用于生物體系。并且，殼聚糖衍生物表面的各種活性基團，還可以使這種量子點方便的與抗體、DNA等各種生物分子結合，拓寬其應用范圍。因此本發明提供的水溶性熒光量子點可廣泛適用于細胞識別、生物標記、疾病診斷等領域。
而且這種熒光量子點在中性水溶液中制備，可避免有機溶劑的毒副作用，所需能量要比普通制備方法(溶劑熱和溶膠-凝膠法)大為降低，可在常溫常壓的溫和條件下制成，尤其適合于生物分子的結合。從操作過程可知本發明提供的制備方法工藝安全、簡單有效、符合環保要求，具體實施方式
實施例1將分子量范圍為1-2萬的殼聚糖季銨鹽溶于蒸餾水制成5mg/ml水溶液，在攪拌條件下加入5×10-3mol/l的醋酸鎘水溶液，反應12小時，將所得產物置于三口燒瓶中，密封通氮氣保護，高速攪拌同時迅速向溶液中加入新鮮制備的與醋酸鎘等摩爾的硫化鈉水溶液，繼續攪拌，80℃加熱回流2小時，迅速冷卻，所得溶液用2萬的透析袋在蒸餾水中透析2天，即得亮黃色熒光CdS量子點溶液。將溶液于20℃以下的室溫離心分離20-30分鐘，離心速度一般在15,000rpm以上，棄上清，冷凍干燥，即得相應的熒光量子點粉末。
實施例2將分子量范圍為1-2萬的羧甲基殼聚糖溶于蒸餾水制成5mg/ml水溶液，在攪拌條件下加入5×10-3mol/l的醋酸鉛水溶液，反應12小時，將所得產物置于三口燒瓶中，密封通氮氣保護，高速攪拌同時迅速向溶液中加入新鮮制備的與醋酸鉛等摩爾的硫化鈉水溶液，繼續攪拌，100℃加熱回流2小時，迅速冷卻，所得溶液用2萬的透析袋在蒸餾水中透析2天，即得深紅色熒光PbS量子點溶液。
實施例3將分子量范圍為1-2萬的殼聚糖硫酸酯制成5mg/ml水溶液，在攪拌條件下加入5×10-3mol/l的醋酸鎘水溶液，反應12小時，將所得產物置于三口燒瓶中，密封通氮氣保護，高速攪拌同時迅速向溶液中加入新鮮制備的與醋酸鎘等摩爾的硒氫化鈉水溶液，繼續攪拌，80℃加熱回流2小時，迅速冷卻，所得溶液用2萬的透析袋在蒸餾水中透析2天，即得亮紅色熒光CdSe量子點溶液。
實施例4將分子量范圍為1-2萬的羧甲基殼聚糖制成5mg/ml水溶液，在攪拌條件下加入5×10-3mol/l的醋酸鋅水溶液，反應12小時，將所得產物置于三口燒瓶中，密封通氮氣保護，高速攪拌同時迅速向溶液中加入新鮮制備的與醋酸鋅等摩爾的硫化鈉水溶液，繼續攪拌，80℃加熱回流2小時，迅速冷卻，所得溶液用2萬的透析袋在蒸餾水中透析2天，即得亮白色熒光ZnS量子點溶液。
權利要求
1.一種穩定的水溶性殼聚糖衍生物熒光量子點，其特征在于量子點用以殼聚糖衍生物中的殼聚糖季銨鹽、羧甲基殼聚糖、殼聚糖硫酸酯或水溶性殼聚糖為模板，在其分子網格中原位生長形成CdS、ZnS、PbS、CdSe、ZnSe或PbSe納米微晶(量子點)的方法制得，且納米微晶粒徑為直徑在2-6nm之間。
2.權利要求1所述殼聚糖衍生物熒光量子點的制備方法，其特征在于采用步驟如下(1)于室溫將殼聚糖衍生物溶于蒸餾水中，制得濃度為2.5-10mg/ml的殼聚糖衍生物水溶液，(2)在攪拌條件下往制得的殼聚糖衍生物水溶液中加入濃度為5×10-4-10-2mol/l金屬鹽前驅物水溶液，攪拌8-12小時，所得產物即為殼聚糖衍生物的金屬絡合物。(3)將所得產物置于三口燒瓶中，密封通氮氣保護，高速攪拌同時迅速向溶液中加入硫族前驅物溶液，金屬和硫的摩爾比范圍在1∶3～3∶1之間，溶液立即變成帶有半導體微晶特征顏色的透明均勻溶膠。(4)繼續在氮氣保護下攪拌，加熱至80-100℃回流2-3小時，迅速冷卻，所得溶液用1-2萬的透析袋在去離子水中透析2-3天，即得穩定的殼聚糖衍生物熒光量子點溶液。
3.根據權利要求2所述的穩定的殼聚糖衍生物熒光量子點的制備方法，其特征在于將所得穩定的殼聚糖衍生物熒光量子點溶液于20℃以下的室溫離心分離20-30分鐘，棄上清，冷凍干燥，即得相應殼聚糖衍生物穩定的熒光量子點粉末。
4.根據權利要求2所述的穩定的殼聚糖衍生物熒光量子點的制備方法，其特征在于所使用的殼聚糖衍生物為殼聚糖季銨鹽、羧甲基殼聚糖、殼聚糖硫酸酯或水溶性殼聚糖，其分子量范圍為1-2萬。
5.根據權利要求2所述的穩定的殼聚糖衍生物熒光量子點的制備方法，其特征在于所用的金屬鹽前驅物為分析純的醋酸鎘、醋酸鋅或醋酸鉛粉末。
6.根據權利要求2所述的殼聚糖衍生物穩定的熒光量子點的制備方法，其特征在于步驟(3)中使用的硫族前驅物為二硫化鈉或硒氫化鈉。
7.根據權利要求2所述的穩定的殼聚糖衍生物熒光量子點的制備方法，其特征在于步驟(3)得到的半導體納米微晶(量子點)包括CdS、ZnS、PbS、CdSe、ZnSe、PbSe。
全文摘要
本發明公開了一種穩定的水溶性殼聚糖衍生物熒光量子點及其制備方法。這種熒光量子點以殼聚糖衍生物為模板，在其分子網格中原位生長形成納米微晶的方法制得，粒徑為直徑在2－6nm之間。其制備方法是將殼聚糖衍生物溶于蒸餾水中，在室溫攪拌條件下加入金屬鹽溶液，形成絡合物，高速攪拌加入硫族前驅物溶液形成納米半導體微晶即量子點，經過加熱回流、透析，得到尺寸均一、熒光效率高的量子點溶液。這種在中性水溶液中制備的熒光量子點，可避免有機溶劑的毒副作用，所需能量要比普通制備方法大為降低，尤其適合于生物分子的結合。在細胞識別、生物標記和疾病診斷等領域有廣泛的應用前景。
文檔編號G01N33/50GK1831080SQ20061001865
公開日2006年9月13日 申請日期2006年3月29日 優先權日2006年3月29日
發明者杜予民, 王小慧 申請人:武漢大學