专利名称：荧光光谱可调的水溶性硒化镉量子点的一步制备法的制作方法
技术领域：
木发明属于无机纳米材料类制备的技术领域，特别涉及一种荧光光谱可调的水溶性硒化 镉量子点的一步制备法。
背景技术：
随着纳米技术的发展，半导体纳米晶体由于其独特的物理和化学特性成为人们研究的热 点。近年來，半导体量子点UIB-VIA或mB-VA族元素组成)由于具有荧光量子产率高、抗 光漂白能力强、激发光谱宽、荧光发射光谱窄且波长随尺寸变化可调等独特的光学性质，使 其广泛的被应用于生物传感器、生物标记及医学诊断等生命科学领域，可见其有广泛的应用 刖景。
在IIB-VIA族量子点研究中，硒化镉量子点一直受到人们的热切关注。与其他量子点相 比，硒化镉量子点提供可见光范围的光谱即可满足大多数生物应用。
目前已有多种制备硒化镉量子点的方法，其中最主要和最常用的方法是有机相合成法 (Murray, C. B.; Norris， D. J.; Bawendi, M. G.， J. Am. Chen. Soc. 1993, 115, 8706.),即在有机体 系(三辛基氧膦(T0P0)等)中合成，表面被TOTO等修饰，这些物质可阻止量子点的聚集， 得到质量较高的产物，但因为TOPO等在量子点表面形成脂肪族链，这使量子点不易溶于水， 所以此状态的量子点还不能直接应用于水性的生物环境，为了能应用于生物学研究，必须对 其表面进行修饰，使其既具有水溶性，同吋又具备与生物分子偶联的能力。同时，该方法所 需试剂价格昂贵、毒性大、制备条件苛刻等，也限制了其发展与应用。最近研究表明(Wang, Q. B.; Xu, Y.; Zhao, X. H.; Chang, Y.; Liu， Y.; Jiang, L. J.; Sharma, J.; Seo， D,K,; Yan, H., J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 6380-6381.)通过配体交换，可以将此状态的量子点转变成水溶性和生 物兼容性的量子点，但配体交换过程繁琐，不易操作。因此，寻找一种温和条件下一步合成 荧光光谱可调的水溶性量子点的制备方法就极为必要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种制备步骤简单、装置设 备要求低、荧光光谱可调、水溶性和生物兼容性量子点的一步制备法。 本发明解决其技术问题采用以下的技术方案
本发明提供的荧光光谱可调的水溶性硒化镉量子点的一步制备法，是采用包括以下步骤 的方法
第一步将晒粉和硼氢化钠加入到无水乙醇中，剧烈搅拌，调节温度至38 42。C，反应
28 32min，得A溶液，以上反应在N2保护下进行，硒粉和硼氢化钠的用量按以下方程式计 算
Se+NaBH4 +3C2H50H = NaHSefBCOQH^+SI^个；第二步先将巯基丙氨酸溶解于4X10—4mol/L的氯化镉溶液，使硒粉氯化镉巯基丙
氨酸的摩尔比为0.5 1: 1: 3，再加入O.l mol/LNaOH溶液，调节pH值至10.5，搅拌28 32min，得B溶液，以上反应在N2保护下进行；
第三步调节N2压力，将第一步得到的A溶液通过软管压入到第二步得到的B溶液中 去，密封回流，剧烈搅拌，调节温度至85 92'C,反应15 120 min，即在水溶液中制得硒 化镉量子点；
第四步将第三步制得的硒化镉量子点用无水乙醇提纯，再用无水乙醇洗漆三次，保存 到pH =7.4的Tris-HCl缓冲液中，制得荧光光谱可调的水溶性硒化镉量子点，然后将其在冰 箱中存放，备用。
上述步骤中，第一步和第三步所述的剧烈搅拌是在转速为2500rpm/min的搅拌器中进行。
第二步中，硒氯化镉巯基丙氨酸的摩尔比为0.75: 1: 3。
第三步中，调节N2压力为2.8 3.2MPa。 第三歩中，A溶液和B溶液的重量配比为1: 5。 第二步中，反应时间为60min。 第四步中，在冰箱中存放的温度为4'C。
本发明制得的荧光光谱可调的水溶性硒化镉量子点，其荧光发射波长为551 563nm,所 对应的第一激子吸收波长为421 430nm。
本发明与现有技术相比具有以下的主要优点
其一.利用不同的硒和氯化镉的摩尔比值可获得不同荧光光谱的水溶性的硒化镉量子 点，实现量子点的荧光光谱可调性。(见图1)
其二.利用不同的反应时间(第三步)可获得不同荧光光谱的水溶性的硒化镉量子点， 实现量子点的荧光光谱可调性。(见图3)
其三.采用稍高于常温的温度和常压的条件，可以简化制备的工艺，节约了成本。
其四.利用氮气的压力，将A溶液通过软管压入到B溶液中，可以避免在手套箱中操作， 使操作步骤简化和方便，同时也保证反应在N2保护下进行。
其五.在制备过程中实现了量子点水溶性和生物兼容性的表面修饰，即引进了竞争机制， 向螯合物〔Cd、巯基丙氨酸)中引入Se^离子，由于CdSe的稳定性远远大于螯合物，故Se2— 可以将螯合剂(巯基丙氨酸)取代，通过控制Se2—离子的浓度来获得水溶性和生物兼容性的 量子点，使制备周期大为縮短，实现了一歩制备方法。
总之，本发明通过控制硒和氯化镉的摩尔比和反应时间，来调节产物的荧光光谱，不仅 操作简单方便、制备周期短、重复性好、条件温和、成本低，而且不需要特殊的设备，产物 具有水溶性和生物兼容性等优点。
图1为不同的硒和氯化镉的摩尔比制得的CdSe量子点溶液的荧光光谱图。 图2为与图1相对应的紫外-可见吸收光谱图。图3为不同的反应时间制得的CdSe量子点溶液的荧光光谱图。 图4为与图3相对应的紫外-可见吸收光谱图。
图5是在25。C和不同的CdSe量子点浓度下，牛血清白蛋白的荧光光谱图。 图6是在25'C和不同的牛血清白蛋白浓度下，CdSe量子点溶液的荧光强度图。 图7是本发明采用的橡皮管的结构示意图。
具体实施例方式
本发明提供的荧光光谱可调的水溶性硒化镉量子点的一步制备法，是将一定配比的硒粉、 硼氢化钠和无水乙醇反应后的A溶液加入到一定配比的氯化镉、巯基丙氨酸和水的混合成的 B溶液中，在一定温度和时间下，进行合成反应，得到产物尺寸可调的水溶性硒化镉量子点。 该一步制备法制得的量子点的荧光光谱可通过控制硒和氯化镉的摩尔比和反应时间来调节， 换句话说，该产物的第一激子吸收波长和尺寸可通过控制硒和氯化镉的摩尔比和反应时间来 调节。
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1:
第一步，将0. 0158g硒粉和0. 0076g硼氢化钠加入到lOmL无水乙醇中，剧烈搅拌，调节 温度至40'C，反应30rain，得A溶液，以上反应在rU呆护下进行。
第二步，先将O. 1454g巯基丙氨酸溶解于20 mL 4X10—4mol/L的氯化镉溶液，相当于硒 粉氯化镉巯基丙氨酸的摩尔比为0.5: 1: 3，再加入0. 1 mol/L NaOH溶液，调节溶液的 pH值至10.5,搅拌30min，得B溶液，以上反应在&保护下进行。
第三步，调节&压力约为3 MPa，将第一步得到的A溶液通过自行设计的橡皮管压入到 第二步得到的B溶液中去，密封回流，剧烈搅拌，调节温度至90'C，反应75min，即在水溶 液中制得硒化镉量子点。
第四步，将第三步制得的硒化镉量子点用无水乙醇提纯，再用无水乙醇洗涤三次，可保 存到pH-7.4的Tris-HCl缓冲液中，可在冰箱中稳定存放一个月，该量子点的荧光发射波长 为559nm(图la)，最大半峰宽为79nm，所对应的第一激子吸收波长为421nm(图2a)。
实施例2:
第一步，将0.0230g硒粉和0.0110g硼氢化钠加入到10mL无水乙醇中，剧烈搅拌，调节 温度至4(TC ，反应30min,得A溶液，以上反应在&保护下进行。
第二步，先将0. 1454g巯基丙氨酸溶解于20 mL 4X10—4mol/L的氯化镉溶液，相当于硒 粉氯化镉巯基丙氨酸的摩尔比为0.75: 1: 3，再加入0. 1 mol/L Na0H溶液，调节溶液 的pH值至10.5，搅拌30min，得B溶液，以上反应在化保护下进行。
第三步，调节&压力约为3 MPa，将第一步得到的A溶液通过自行设计的橡皮管压入到 第二步得到的B溶液中去，密封回流，剧烈搅拌，调节温度至90 'C，反应75 iiiin，即在水 溶液中制得硒化镉量子点。
第四步，将第三步制得的硒化镉量子点用无水乙醇提纯，再用无水乙醇洗涤三次，可保存到pH =7. 4的Tris-HC1缓冲液中，可在冰箱中稳定存放一个月，该量子点的荧光发射波长 为561nm(图lb),最大半峰宽为74nm，所对应的第一激子吸收波长为425nm(图2b)。 实施例3:
第一步，将0. 0316g硒粉和0. 0152g硼氢化钠加入到10niL无水乙醇中，剧烈搅拌，调节 温度至40 °C ，反应30min，得A溶液，以上反应在^保护下进行。
第二步，先将0. 1454g巯基丙氨酸溶解于20 mL 4X10—4mol/L的氯化镉溶液，相当于硒 粉氯化镉巯基丙氨酸的摩尔比为l: 1: 3，再加入0. 1 mol/L NaOH溶液，调节溶液的 pH值至10. 5，搅拌30min，得B溶液，以上反应在Nj呆护下进行。
第三步，调节A压力约为3MPa，将第一步得到的A溶液通过自行设计的橡皮管压入到 第二步得到的B溶液中去，密封回流，剧烈搅拌，调节温度至9(TC，反应75min，即在水溶 液中制得硒化镉量子点。
第四步，将第三步制得的硒化镉量子点用无水乙醇提纯，再用无水乙醇洗涤三次，可保 存到pH 二7. 4的Tris-HCl缓冲液中，可在冰箱中稳定存放半个月，该量子点的荧光发射波长 为562nm(图lc)，最大半峰宽为64nm，所对应的第一激子吸收波长为428nm(图2c)。
实施例4:
第一步，将0. 0230g硒粉和0. 0110g硼氢化钠加入到l(kL无水乙醇中，剧烈搅拌，调节 温度至40 °C ，反应30min，得A溶液，以上反应在Nj呆护下进行。
第二步，先将0. 1454g巯基丙氨酸溶解于20 mL 4Xl(Tmol/L的氯化镉溶液，相当于硒 粉氯化镉巯基丙氨酸的摩尔比为0.75: 1: 3，再加入0. 1 mol/L Na0H溶液，调节溶液 的pH值至10. 5，搅拌30min，得B溶液，以上反应在&保护下进行。
第三步，调节N2压力约为3 MPa，将第一步得到的A溶液通过自行设计的橡皮管压入到 第二步得到的B溶液中去，密封回流，剧烈搅拌，调节温度至90 °C,反应15 min，即在水 溶液中制得硒化镉量子点。
第四歩，将第三步制得的量子点用无水乙醇提纯，再用无水乙醇洗涤三次，可保存到pH =7. 4的Tris-HC1缓冲液中，可在冰箱中稳定存放一个月，该量子点的荧光发射波长为 551nm(图3a)，最大半峰宽为66nm，所对应的第一激子吸收波长为419nm(图4a)。
实施例5:
第一步，将0.0230g硒粉和0.0110g硼氢化钠加入到lOmL无水乙醇中，剧烈搅拌，调节 温度至40 °C ，反应30min，得A溶液，以上反应在N2保护下进行。
第二步，先将0. 1454g巯基丙氨酸溶解于20 mL 4X10—^Ql/L的氯化镉溶液，相当于硒 粉氯化镉巯基丙氨酸的摩尔比为0.75: 1: 3，再加入0. 1 mol/L NaOH溶液，调节溶液 的pH值至10.5，搅拌30min，得B溶液，以上反应在Nz保护下进行。
第三步，调节^压力约为3MPa，将第一步得到的A溶液通过自行设计的橡皮管压入到 第二步得到的B溶液中去，密封回流，剧烈搅拌，调节温度至90 °C，反应30min，即在水 溶液中制得硒化镉量子点。第四步，将第三步制得的硒化镉量子点用无水乙醇提纯，再用无水乙醇洗涤三次，可保 存到pH =7. 4的Tris-IC1缓冲液中，可在冰箱中稳定存放一个月，该量子点的荧光发射波长 为553nm(图3b)，最大半峰宽为67nm,所对应的第一激子吸收波长为421nm(图4b)。
实施例6:
第一步，将0.0230g硒粉和0.0110g硼氢化钠加入到10mL无水乙醇中，剧烈搅拌，调节 温度至40 。C ，反应30min，得A溶液，以上反应在Nz保护下进行。
第二步，先将O. 1454g巯基丙氨酸溶解于20 tnL 4X10—^nol/L的氯化镉溶液，相当于硒 粉氯化镉巯基丙氨酸的摩尔比为0.75: 1: 3，再加入0. 1 mol/L NaOH溶液，调节溶液 的pH值至10.5，搅拌30min,得B溶液，以上反应在A保护下进行。
第三步，调节K压力约为3 MPa，将第一步得到的A溶液通过自行设计的橡皮管压入到 第二步得到的B溶液中去，密封回流，剧烈搅拌，调节温度至90 'C，反应60min，即在水 溶液中制得硒化镉量子点。
第四歩，将第三步制得的硒化镉量子点用无水乙醇提纯，再用无水乙醇洗涤三次，可保 存到pH =7. 4的Tris-HC1缓冲液中，可在冰箱中稳定存放一个月，该量子点的荧光发射波长 为557咖(图3c)，最大半峰宽为61nm,所对应的第一激子吸收波长为422nm(图4c:)。
实施例7:
第一步，将0.0230g硒粉和0.0110g硼氢化钠加入到lOmL无水乙醇中，剧烈搅拌，调节 温度至40 。C ，反应30min，得A溶液，以上反应在队保护下进行。
第二步，先将0. 1454g巯基丙氨酸溶解于20 mL 4X10—"raol/L的氯化镉溶液，相当于硒 粉氯化镉巯基丙氨酸的摩尔比为0.75: 1: 3，再加入0. 1 mol/L NaOH溶液，调节溶液 的pH值至10. 5，搅拌30min,得B溶液，以上反应在Nz保护下进行。
第三步，调节N,压力约为3 MPa，将第一步得到的A溶液通过自行设计的橡皮管压入到 第二步得到的B溶液中去，密封回流，剧烈搅拌，调节温度至90 -C,反应90min,即在水 溶液中制得硒化镉量子点。
第四步，将第三步制得的硒化镉量子点用无水乙醇提纯，再用无水乙醇洗涤三次，可保 存到pH =7. 4的Tris-HC1缓冲液中，可在冰箱中稳定存放一个月，该量子点的荧光发射波长 为562咖(图3d)，最大半峰宽为78nm，所对应的第一激子吸收波长为429nm(图4d)。
实施例8:
第一步，将0.0230g硒粉和0.0110g硼氢化钠加入到lOmL无水乙醇中，剧烈搅拌，调节 温度至40 。C ，反应30 min，得A溶液，以上反应在Nj呆护下进行。
第二步，先将0. 1454g巯基丙氨酸溶解于20 mL 4X10、ol/L的氯化镉溶液，相当于硒 粉氯化镉巯基丙氨酸的摩尔比为0.75: 1: 3，再加入0. 1 mol/L NaOH溶液，调节溶液 的pH值至10.5，搅拌30min，得B溶液，以上反应在&保护下进行。
第三步，调节化压力约为3 MPa，将第一步得到的A溶液通过自行设计的橡皮管压入到 第二步得到的B溶液中去，密封回流，剧烈搅拌，调节温度至90'C，反应12Q min，即在水溶液中制得硒化镉量子点。
第四步，将第三步制得的硒化镉量子点用无水乙醇提纯，再用无水乙醇洗涤三次，可保 存到pH =7. 4的Tris-HC1缓冲液中，可在冰箱中稳定存放一个月，该量子点的荧光发射波长 为563nm(图3e)，最大半峰宽为110咖，所对应的第一激子吸收波长为430nm(图4e)。
实施例9:
第一步，将实施例6制得的硒化镉量子点配成不同的浓度(ao:O mol/L; a,:2.50X 10—6; a2:7.50X 10-6; a3:1.25X 10—5; a4:2.50X 1(T5; a5:3.75X 10—5; 06:4.38><10-5; a7:5.33xl(r5; a8: 5.88><i(r5; a9:6.98xl0-5; aIO:9.09xl(y5; au:1.30xl(X4)，分别加入到牛血清白蛋白溶液中，记录相应的荧 光光谱，激发波长为280nm(图5)。
第二步，将牛血清白蛋白配成不同的浓度(ao:Omol/L; w:5xl0、 a2:1.25xl(T5; a3:2.5xl()-5; 34:4.76x10-5; a5:9.52xl0-5; a6:1.3xlCT4; a7:2xicr4; a8:2.59xl(T4; a9:3.1xi(r4)，分别加入到实施 例6制得的硒化镉量子点溶液中，记录相应的荧光光谱，激发波长为360nm(图6)。
木发明所采用的软管，其结构如图8所示由橡皮管1和两根玻璃管2组成，中间为橡 皮管，该橡皮管两端各与一根玻璃管套连。所述玻璃管为带锥形头的玻璃管。图中3为三颈 烧瓶。
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权利要求
1. 一种荧光光谱可调的水溶性硒化镉量子点的一步制备法，其特征是采用包括以下步骤的方法第一步将硒粉和硼氢化钠加入到无水乙醇中，剧烈搅拌，调节温度至38～42℃，反应28～32min，得A溶液，以上反应在N2保护下进行，硒粉和硼氢化钠的用量按以下方程式计算Se+NaBH4+3C2H5OH＝NaHSe+B(OC2H5)3+3H2↑；第二步先将巯基丙氨酸溶解于4×10-4mol/L的氯化镉溶液，使硒粉∶氯化镉∶巯基丙氨酸的摩尔比为0.5～1∶1∶3，再加入0.1mol/L NaOH溶液，调节pH值至10.5，搅拌28～32min，得B溶液，以上反应在N2保护下进行；第三步调节N2压力，将第一步得到的A溶液通过软管压入到第二步得到的B溶液中去，密封回流，剧烈搅拌，调节温度至85～92℃，反应15～120min，即在水溶液中制得硒化镉量子点；第四步将第三步制得的硒化镉量子点用无水乙醇提纯，再用无水乙醇洗涤三次，保存到pH＝7.4的Tris-HCl缓冲液中，制得荧光光谱可调的水溶性硒化镉量子点，然后将其在冰箱中存放，备用。
2. 根据权利要求1所述的一步制备法，其特征在于第一步和第三步所述的剧烈搅拌 是在转速为2500 rpm/min的搅拌器中进行。
3. 根据权利要求1所述的一步制备法，其特征在于第二步中，硒氯化镉巯基丙氨酸的摩尔比为0.75: 1: 3。
4. 根据权利要求1所述的一步制备法，其特征在于第三步中，调节N2压力为2.8 3.2 MPa。
5. 根据权利要求1所述的一步制备法，其特征在于第三步中，A溶液和B溶液的重 量配比为1: 5。
6. 根据权利要求l所述的一步制备法，其特征在于第三步反应时间为60min。
7. 根据权利要求1所述的一歩制备法，其特征在于第四步中，在冰箱中存放的温度 为4。C。
8. 根据权利要求1所述的一步制备法，其特征在于制得的是荧光光谱可调的水溶性 和生物兼容性的晒化镉量子点，其荧光发射波长为551 563nm，所对应的第一激子吸收 波长为421 430nm。
9. 根据权利要求l所述的一步制备法，其特征在于软管由橡皮管(1)和两根玻璃管 (2)组成，其中中间为橡皮管，其两端各与一根玻璃管套连；所述玻璃管为带锥形头的玻璃管。
全文摘要
本发明涉及荧光光谱可调的水溶性硒化镉量子点的一步制备法，该方法是将一定配比的硒粉、硼氢化钠和无水乙醇反应后的A溶液加入到一定配比的氯化镉、巯基丙氨酸和水混合成的B溶液中，在温度为85～92℃和时间为15～120min条件下进行合成反应，在水溶液中制得硒化镉量子点；随后将硒化镉量子点用无水乙醇提纯和洗涤，保存到pH＝7.4的Tris-HCl缓冲液中，制得荧光光谱可调的水溶性硒化镉量子点，然后将其存放在冰箱中，备用。本发明通过控制硒和氯化镉的摩尔比和反应时间，来调节产物的荧光光谱，操作简单方便、制备周期短、重复性好、条件温和、成本低、且不需要特殊的设备，产物具有水溶性和生物兼容性等优点。
文档编号C01B19/04GK101503185SQ20091006101
公开日2009年8月12日 申请日期2009年3月6日 优先权日2009年3月6日
发明者义 刘, 鹏 刘, 王启岁 申请人:武汉理工大学