一种量子点-丝素凝胶荧光纳米防伪材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种量子点-丝素凝胶复合纳米材料，属于纳米材料领域。
【背景技术】
[0002]量子点(qyantym dots, QD)是一种三维团簇，由有限数目的原子组成，量子点的三个维度尺寸均在纳米数量级。具体来说，量子点是粒径小于或接近于激子玻尔半径的半导体纳米晶粒，是半导体介于分子和晶体之间的过渡态。它主要有I1-VI族或II1-V族元素组成，具有类似于体相晶体的规整原子排布。目前研宄较多的主要是CdX (X=S, Se和Te)等。
[0003]量子点的粒径一般为l-10nm，由于粒径较小，电子和空穴被量子限域，连续能带变成具有分子特性的分立能级结构，当受到一定频率的激发光激发后可以发射荧光，并且通过调控量子点的组成和尺寸可以严格控制其光吸收和发射特征。由于量子点具有一般有机荧光染料无法比拟的独特的荧光光谱性能，它已经引起生命科学领域研宄者的广泛兴趣。最早提出这一思想的是美国加利福尼亚大学伯克利分校的 Alivisatos 小组(Science, 1998，281:20133-2016)和印第安纳大学的 Nie 小组(Science, 1998，281:2016-2018)，1998年他们同时在上发表了各自的研宄成果。他们的工作充分展示了荧光量子点作为一种新型的生物标记试剂，完全可以取代传统的有机染料，其优异的荧光性能将为生物标记技术带来新的突破，并由此拉开量子点在生物技术中应用研宄的序幕。
[0004]量子点作为荧光探针区别于有机荧光染料的特点主要表现为以下5点:
1.具有宽的激发波长范围，可以使用小于其发射波长1nm的任意波长的激发光来激发，这样就可以使用同一种激发光同时激发多种量子点，从而发射出不同颜色的荧光；而有机荧光染料的激发光波长范围较窄，需要多种波长的激发光来激发多种荧光染料，这会给实际工作带来诸多不便。
[0005]2.量子点的发射峰窄而且对称、重叠小，大小均匀的量子点发射光谱峰呈现高斯对称分布；而有机荧光染料发射峰宽且峰形不对称，且拖尾现象严重，给分析检测带来难以解决的问题。
[0006]3.量子点的发射波长可以通过控制纳米颗粒的尺寸和组成来调谐，因此可以人工合成所需任意波长的量子点。
[0007]4.量子点的荧光强度以及稳定性比普通的荧光染料要高1-2个数量级，几乎没有光褪色现象，可以长时间的观察所标记的对象。在Wy等的实验中，用量子点标记的细胞与有机染料Alexa 488标记比较发现量子点发射的荧光较强且不易被漂白。(NatB1technol, 2003, 21 (I):41-46)
5.量子点的生物相容性好，尤其是经过各种化学修饰之后，不仅可以进行特异性偶联，对生物危害小，并且可以进行生物活体标记和检测，Jaiswal等用量子点对活细胞进行标记，进入细胞的量子点探针不影响细胞的形态和增殖过程，培养12天仍能看到细胞中的量子点荧光(Nat B1technol, 2003, 21 (1)，47-51);而有机荧光染料一般毒性较大，生物相容性较差。
[0008]目前常用的有机荧光染料标记物主要是荧光素类以及罗丹明类染料。量子点的光学特性与传统的有机荧光染料相比有明显的优越性，如具有宽的激发光谱、窄的发射光谱、高的荧光量子产率、化学性质稳定、荧光寿命长、可进行多色标记等。
[0009]通过以上关于量子点的描述，可以知道:量子点作为一种新型的生物标记物，克服了传统有机荧光染料无法改善的诸多不足，有望成为一种新型的荧光探针，人们已经在生物领域进行了较为成功的探索与尝试。丝素蛋白是从蚕丝中提取的天然高分子纤维蛋白，含量约占蚕丝的70%-80%，含有18种氨基酸，其中甘氨酸(Gly)、丙氨酸(Ala)和丝氨酸(Ser)约占总组成的80%以上。丝素本身具有良好的机械性能和理化性质，如良好的柔韧性和抗拉伸强度、透气透湿度、缓释性、可降解性、对生物无害等。丝素蛋白经过CaCl2溶液或者LiBr溶液处理，然后超声处理一段时间自组装得到丝素凝胶。
[0010]本发明将量子点与丝素凝胶复合得到一种新型的多功能荧光纳米防伪材料，它在生物成像、防伪标记等方面具有非常好的应用前景。
【发明内容】
[0011]为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种生物相容性好、荧光强度高、荧光性质稳定、荧光颜色多样、制备工艺简单、便于检测的量子点-丝素凝胶荧光纳米防伪材料。其具体技术方案如下:
一种量子点-丝素凝胶荧光纳米防伪材料，该材料中含有机成分和无机纳米晶粒，所述有机成分为丝素凝胶，所述无机纳米晶粒为量子点，所述量子点主要是由I1-VI族或
II1-V族元素组成。
[0012]进一步的，所述量子点主要是CdX，X=Te, Se和S。
[0013]进一步的，所述材料中的丝素凝胶是由来自昆虫丝、蜘蛛丝或转基因丝，经过去丝胶蛋白得到的丝素蛋白处理后自组装而成。
[0014]进一步的，所述昆虫丝为家蚕丝、野蚕丝、柞蚕丝、天蚕丝、蓖麻蚕丝或蓑袋蛾昆虫丝。
[0015]进一步的，所述无机纳米晶粒是一种荧光纳米颗粒，经过紫外激发之后可以发射荧光。
[0016]一种所述的量子点-丝素凝胶荧光纳米防伪材料的制备方法，包括下列步骤:
(一)合成量子点:
1)用量筒准确量取50ml3.5-5mmol/L Cd(CH3COO)2水溶液，倒入10ml的三颈烧瓶，然后加入18μ1的巯基乙酸(TGA)，用lmol/L NaOH调节pH至10.5-11.0，室温下磁力搅拌 5-10min ；
2)用量筒准确量取50ml0.6-1.0mmoI/L K2TeO3水溶液，倒入上述溶液中，随后加入80mg NaBH4,立即用lmol/L NaOH调节pH至10.5-11.0，室温下继续磁力搅拌5-lOmin ；
3)反应结束后，将三颈烧瓶转移到冷凝装置上，根据冷凝回流时间的不同合成发射不同荧光的量子点；
(二)丝素凝胶的制备: 1)用(0.5-1.0) wt% Na2CCyK溶液精练茧层2次，每次30min,精练温度98°C，浴比为 1:(80-100)；
2)精练后用蒸馏水充分洗净，自然干燥，得到丝素纤维；
3)用35-50wt%CaCljK溶液溶解丝素纤维，溶解温度(20-26) °C，调节混合液的等电点至3.5-4.0，浴比为1:(10-15)。将溶解后得到的溶液灌入纤维素透析膜(截留分子量12 000-14 000)中，在流水中透析3d。将透析后的溶液离心去杂质，风干浓缩至3.5_8wt%，室温静置至发生自组装得到丝素凝胶；
(三)量子点与丝素凝胶的复合:
用量筒准确量取500ml 2.0-4.0mg/ml丝素凝胶与10ml纯化后的量子点混合，然后加入 100 μ I 0.8-1.0mol/L Ca2+，10ff 超声振荡 20-30 min, 8000-10000rpm 离心3-5min，弃上清，用去离子水洗涤两遍。得到纯净的丝素凝胶与量子点的复合物。
[0017]进一步的，在材料形成过程中加入需要加入Ca2+才可以制备出发荧光的纳米防伪材料。
[0018]进一步的，在材料复合过程中加入的二价阳离子是Mg2+、Sr2+、Mn2+同样可以制备出荧光纳米材料。
[0019]进一步的，在材料复合过程中加入C μ 2+