一种核壳量子点/聚苯乙烯荧光微球的制备方法与流程

本发明涉及纳米功能材料设计领域，特别是一种核壳量子点/聚苯乙烯荧光微球的制备方法，合成的量子点/聚苯乙烯荧光微球可用于高灵敏生物分析与检测。

背景技术：

荧光微球是指荧光物质通过包埋法、物理吸附法、自组装法、化学键合法、共聚法等方法吸附或者包覆在微球的内部而形成的纳米至微米级负载荧光物质的微球。微球的外形一般为球形，所以被称为荧光微球，荧光微球形态结构稳定、对荧光物质有保护作用及表面可修饰性，在标记、检测、示踪、免疫医学、高通量药物筛选等领域拥有巨大潜力。

量子点是三个维度的尺寸都在100纳米以下，半径小于或接近于激光波尔半径，能够接受激光产生荧光的一类半导体纳米颗粒。新型的半导体荧光材料具有宽的吸收峰，窄而对称的发射峰，且发射峰即发光颜色随尺寸可调，以及较高的荧光强度、较强的抗光漂白能力等特点,能够克服传统荧光材料的荧光信号不稳定、制备条件苛刻、瞬时荧光干扰等问题，与传统有机染料相比具有更优越的性能，是一种极具潜力的荧光探针制备物。其应用领域越来越广泛,特别是其在免疫生物学和临床检验学等研究中的潜在的应用价值,己引起了广大科学工作者的极大关注,发光量子点作为荧光试剂探针标记生物大分子，正是近年来迅速发展的纳米材料在生物分析领域的重要应用之一。

聚苯乙烯为载体的荧光微球是最常见的微球之一，聚苯乙烯微球由于比表面积大、粒径均匀、表面易修饰官能团及官能团反应性强等优点，是非常理想的荧光物质载体，聚苯乙烯微球作为载体，量子点可以通过溶胀、吸附、包埋方式载到聚苯乙烯微球上，但是这些制备方法都存在某个或一些致命的缺点，导致这些微球无法大规模生产及商业化；如溶胀方法制备的荧光微球长时间量子点容易脱漏；物理吸附制备的荧光微球容易受到外界环境的的影响，如溶剂、酸、碱等容易造成吸附量子点的脱漏和荧光淬灭。普通包埋法虽然合成条件稍微苛刻，也有一些优点，如通过单体聚合方式将量子点包覆在微球的内部形成稳定的量子点荧光微球，大大降低了外界环境的影响，大大提高量子点荧光微球的稳定性，而且可以通过表面修饰官能团，与生物分子偶联，用于高灵敏生物分析与检测，但是通过多年发展也仍然存在包埋法制备的量子点/聚苯乙烯微球中包覆不均匀，包覆量不够、量子点外漏、微球粒径大等问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种核壳量子点/聚苯乙烯荧光微球的制备方法，采用乳液聚合成功将大量量子点包覆在聚苯乙烯微球中，保留了包埋法的主要优点并克服了它包覆不均匀，包覆量不够、量子点外漏等问题缺点，制备出了粒径均匀、荧光稳定、荧光强度极高的量子点荧光微球，本发明合成方法简单、微球粒径可控，重复性好，可用在生物分子检测。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明公开了一种核壳量子点/聚苯乙烯荧光微球的制备方法，核壳量子点采用热循环耦合法制备，并使用硫醇重新对量子点进行表面修饰，采用乳液聚合将量子点包埋在聚苯乙烯微球中，获得核壳量子点/聚苯乙烯荧光微球，具体制备方法如下：

步骤1：称量表面活性剂2-20份、碳酸氢钠0.2-2份、分散剂2-30份，加入到玻璃瓶内，再加入去离子水超声5-10分钟，形成均匀混合水溶液A，以100份苯乙烯为参考标准；

步骤2：称量核壳量子点10-150份，再加入100份苯乙烯和4-30份丙烯酸叔丁酯，在冰浴中超声5分钟，形成均匀的油相液B；

步骤3：将水溶液A和油相液B两者混合后磁力搅拌10分钟，再在冰浴中超声5-20分钟，形成稳定的微乳液；

步骤4：将微乳液转移到三口瓶中，通氮气30分钟去除三口瓶中的氧气，升温至60-80℃，加入引发剂1-30份，在磁力搅拌下，反应6-12小时，将产物离心纯化，获得聚苯乙烯荧光微球。

其中，核壳量子点通过热循环耦合法在量子点核上外延生长量子点壳层为1-16层，核壳量子点的荧光光谱发射波长为548nm-750nm。

其中，核壳量子点表面修饰的硫醇配体为烷基硫醇，核壳量子点配体交换所用量子点与烷基硫醇的质量之比为1：（0.5-2）。

其中，步骤1中表面活性剂是十二烷基硫酸胺、十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠或者十二烷基乙氧基磺基甜菜碱中的一种，分散剂为各分子量的聚乙烯吡咯烷酮。

其中，步骤4中引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵中的一种。

本发明具有以下有益效果：

1.本发明通过量子点的配体交换、加入无机盐、酯的微乳聚合，合成了粒径均匀、荧光稳定、荧光强度极高的量子点荧光微球，通过后续官能团修饰可用于高灵敏生物分析及荧光免疫层析快速检测。

2.通过采用量子点荧光微球与传统荧光微球相比，能够克服传统荧光材料的荧光信号不稳定、制备条件苛刻、瞬时荧光干扰等问题。

3.量子点成功包埋在聚苯乙烯微球中，相对于溶胀法、物理吸附法等，稳定性更好，量子点不会从微球内脱漏，同时在微球的保护下耐苛刻生理条件效果更好。

附图说明

图1为本发明的流程示意图。

图2为本发明的不同壳层厚度核壳量子点荧光发射图。

图3为本发明的不同壳层厚度核壳量子点荧光量子产率图和荧光发射峰半高宽图。

图4为本发明的不同壳层厚度核壳量子点透射电镜图。

图5为本发明的核壳量子点/聚苯乙烯荧光微球荧光发射光谱。

图6为本发明的不同聚苯乙烯用量合成荧光微球透射电镜图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

实施例1

本发明公开了一种核壳量子点/聚苯乙烯荧光微球的制备方法，其中核壳量子点以闪锌矿CdSe/CdS量子点为例，但不限于该种量子点。

闪锌矿型CdSe量子点的合成及提纯：称取0.2712g的Cd(St)₂于三口烧瓶中，再移入7mL的十八烯酸；在室温下搅拌、抽真空，通氮气，再升高温度至100℃，以促使融化，并继续通氮气10分钟，快速升温，待体系温度升到250℃时，快速注入2mL 0.1M的Se-十八烯酸悬浊液，保持此温度进行反应8分钟后，再次注入0.05mL 0.1M的Se-十八烯酸悬浊液，3-4分钟后，第三次注入0.05mL 0.1M的Se-十八烯酸悬浊液。此后每3-4分钟，再次注入0.1M的Se-十八烯酸悬浊液直到量子点的尺寸达预期尺寸；在反应进行过程中，可用注射器吸取少量溶液于比色皿中，通过UV-Vis测定光谱来监测反应进度。当反应获得预期尺寸的纳米晶体，即刻停止加热，反应溶液快速冷却至50℃时，进行原位提纯。

将制备的CdSe核纯化后，测定荧光或者紫外可见光吸收测量吸光度，通过消光系数定量对于测定的粒径为3.0nm的CdSe核物质的量为2*10^-7mol的体系，包覆6层壳层，每层壳层需要加入的0.1mol/L的Cd（DDTC）₂单前体体积分别为0.1，0.16，0.23，0.31，0.385和0.48mL。

取2mL十二烷、3mL油胺和原位提纯过的1mL CdSe溶液加入到三口瓶中。通氮气10分钟，升温至80℃；注入相应量的壳前体，在第1层注入前躯体时，溶液温度设定为80℃，前驱体溶液用注射器注入到三口瓶中。在80℃下维持10分钟，然后升温至160℃，在保持20分钟后停止加热，使反应溶液降温至80℃，第2层到第6层壳层的生长方式同第1层一样，只是把生长温度改为150℃。完成壳层的外延生长。

CdSe/CdS量子点的配体交换:

CdSe/CdS的配体交换具体步骤是将纯化后的0.12g CdSe/CdS量子点溶解在8mL甲苯中，再加入0.8g十二烷基硫醇。转移到50mL单口瓶中，升温至75℃。保温5小时。加入丙酮沉淀，5000rmp离心。

核壳量子点/聚苯乙烯荧光微球的合成：

聚苯乙烯荧光微球的合成:称量0.017g十二烷基硫酸钠、0.005g碳酸氢钠、0.02g聚乙烯吡咯烷酮加入到50mL玻璃瓶内，再加入15mL去离子水超声5分钟，形成均匀混合水溶液。称量十二烷基硫配体的0.04g CdSe/CdS量子点，再加入0.5mL苯乙烯和100L丙烯酸叔丁酯。在冰浴中超声5分钟，形成均匀的油相液。将两者混合后磁力搅拌10分钟，再在冰浴中超声10分钟，形成稳定的微乳液。将微乳液转移到100mL三口瓶中，通氮气20分钟去除三口瓶中的氧气。升温至75℃。加入0.01g过硫酸钾。反应12小时。将产物离心纯化。

实施例2

实验目的及方法:为了表征合成的核壳量子点,本实施例以实施例1合成的CdSe/CdS量子点和核壳量子点/聚苯乙烯荧光微球为表征对象,表征内容包括不同壳层数的CdSe/CdS量子点荧光发射光谱、荧光量子产率、荧光发射峰半高宽和透射电镜图，核壳量子点/聚苯乙烯荧光微球荧光发射光谱和不同聚苯乙烯用量合成荧光微球透射电镜图，具体实验操作为标准实验操作此处不再赘述。

实验结果:

如图2、3、4所示，通过控制热循环耦合法在量子点核上外延生长量子点壳层数，可以获得荧光发射峰从548nm-750nm规则变化的核壳量子点，并且通过荧光量子产率表征可以看出，得到的核壳量子点随着外延生长壳层的增多，荧光量子产率逐渐接近100%，具有极高的量子产率。而从透射电镜图中可以看出，随着外延生长的继续，核壳量子点的平均粒径有明显的增加。

如图5所述，在聚苯乙烯包裹的核壳量子点后，合成的荧光微球荧光强度较等当量的核壳量子点有所降低，荧光强度损失约15%，但是该量级的荧光强度仍然满足现有仪器检测的需求。反应过程中通过聚苯乙烯用量，可以合成出不同尺寸大小的荧光微球，如图6所示，图6中A-D小图聚苯乙烯用量分别为0.5mL、0.8mL、1mL、1.2mL，其他实施步骤与实施例1相同，此处不再赘述。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。