一种基于长寿命复合量子点的荧光编码微球及其制备方法_2

文档序号:9300201阅读:来源:国知局

[0026] ②制备基于长寿命复合量子点的荧光编码微球,制备方法包括以下步骤:
[0027] 将步骤①制得的所述第一量子点溶于磷酸盐缓冲液或去离子水中形成浓度为 2. Og/L~4. Og/L的第一量子点溶液,取第二量子点溶于磷酸盐缓冲液或去离子水中形成 浓度为2. Og/L~4. Og/L的第二量子点溶液,将所述第一量子点溶液和所述第二量子点溶 液加入到20~40微升的琼脂糖微球水溶液中,静置沉淀3~5分钟,除去上清液,用磷酸 盐缓冲液或去离子水清洗数次,得到所述基于长寿命复合量子点的荧光编码微球,所述第 一量子点和第二量子点通过化学键和所述琼脂糖微球结合,所述第二量子点的发射波长为 700nm~820nm,所述第二量子点的荧光寿命为100~220纳秒。
[0028] 所述第一量子点中所述铜离子掺杂的硫化镉是以外延式生长的方式包覆在所述 碲化镉核上形成核壳结构。所述第一量子点的发射波长范围为700nm~910nm,荧光寿命为 0. 8~1. 2微秒。
[0029] 步骤(b)中第一次加入混合液B时,硫化镉材料是以外延式生长的方式在所述碲 化镉核的表面均匀形核。
[0030] 优选地,所述镉源为卤化镉(CdX2,X=Cl,Br,I )、醋酸镉(Cd (CH3COO) 2)、硝酸镉 (Cd (NO3) 2)或硫酸镉(CdSO4)。
[0031] 优选地,所述巯基化合物为巯基乙酸或巯基丙酸。
[0032] 更优选地,所述巯基丙酸为3-巯基丙酸。
[0033] 所述巯基化合物为反应提供S2,以巯基化合物为硫源,硫的缓慢释放可以使体系 中硫的浓度维持在一定的水平,这一点对于核心形成很重要。相反,如果在体系中直接注入 S2将导致Cd2+和S2快速反应,在CdTe表面形成非均一的壳和单个的CdS聚集体,从而影 响量子点的荧光效率。
[0034] 优选地,步骤(b)中所述铜源为氯化铜(CuCl2)、硝酸铜(Cu(NO 3)2)或硫酸铜 (CuSO4)0
[0035] 优选地,步骤(3)中所述无氧环境包括真空状态或者保护性气体存在的环境;所 述保护性气体包括氮气和惰性气体。
[0036] 优选地,步骤(b)所述的搅拌方式包括磁力搅拌和电动搅拌。
[0037] 优选地,步骤(b)所述金属浴为干式金属浴。
[0038] 更优选地,所述干式加热金属浴设有磁力搅拌模块。
[0039] 所述超纯水是指将水中的导电介质几乎全部去除,又将水中不离解的胶体物质、 气体和有机物均去除至很低程度的水。
[0040] 本发明提供的第一量子点中所述铜离子掺杂的硫化镉是以外延式生长的方式包 覆在所述碲化镉内核表面,故形成的核壳结构为II型结构;对于II型CdTe/CdS:Cu核壳 量子点存在CdS壳层导带电子与CdTe核价带空穴界面处的间接复合发光,还存在Cu2+掺杂 引入的掺杂能级作为电子受体的复合发光,发光路径以及发光机制的改变使得本发明提供 的核壳结构量子点的发光效率提高、发光寿命延长;另一方面,CdS壳层中引入铜离子掺杂 位点,大大降低了带隙能,荧光发射光谱大幅度红移至近红外区域,这是其他掺杂离子难以 实现的。本发明将过渡金属元素掺杂与晶格应变的优势相结合,两种作用相辅相成,相得益 彰,使量子点的发射波长具备了更宽的调控范围,同时还大大延长了荧光寿命,从而更好地 实现近红外荧光,荧光寿命双模成像。
[0041] 由于荧光量子点对环境的敏感性,当外界环境发生变化时量子点的荧光性能会急 剧变化,且其单独使用会析出重金属离子对生物体造成影响,本发明所述第一量子点具有 以碲化镉为核,以铜离子掺杂的硫化镉为壳的核壳结构,由于壳层的存在,可以有效的保护 核,增强核的稳定性。
[0042] 本发明通过在超小碲化镉核心上生长铜离子掺杂硫化镉壳层,产生晶格应变,制 备出第一量子点,所述第一量子点的发射范围覆盖700nm到910nm的整个近红外区域,荧光 寿命长达一微秒;本发明方法反应条件温和,操作简单、安全,重复性好,得到的碲化镉/铜 离子掺杂的硫化镉量子点粒径均一、单分散性好,且可大量重复制备,可广泛应用于细胞、 组织成像,尤其适用于活体成像研究。
[0043] 本发明提供的第一量子点的制备方法,与现有技术相比具有以下有益效果:
[0044] ( 1)碲化镉(CdTe)核的制备无需加热,生成的核粒径超小,只有几纳米。
[0045] (2 )采用分步反应法制备铜离子掺杂的硫化镉(CdTe/CdS: Cu )壳材料,保证了硫化 镉材料能够以晶格应变外延生长的方式在所述碲化镉核上均匀成核,后续加入的原料再在 成核的基础上结晶生长,使得成核与生长过程完全分开,有利于获得粒径小且单分散性好 的硫化镉颗粒;另一方面,在反应最后才加入铜离子,由于铜离子的扩散性强,不仅在新生 成的硫化镉材料中形成掺杂位点,同时也扩散到先前生成的硫化镉材料中形成掺杂位点, 从而实现整个壳层材料的均匀掺杂;而且,铜离子的最后加入有效避免了过早加入铜离子 可能引起的铜离子在核壳材料界面处的聚集或者铜离子直接扩散进入核材料的情况,保证 了铜离子单独在壳层材料内的掺杂。
[0046] (3)采用金属浴加热反应,加热均匀、控温准确、稳定性高;而且采用金属模块,可 使样品免受污染,强有力的保证了量子点的成功合成。
[0047] (4)本发明水相合成方法制备具有长荧光寿命的核壳结构量子点,具有制备成本 低、操作简单、反应条件温和、容易调控等优点。
[0048] 优选地,所述第二量子点为碲化镉/硫化镉量子点或碲化镉量子点。
[0049] 所述碲化镉/硫化镉量子点具有以碲化镉为核,以硫化镉为壳的核壳结构,所述 硫化镉是以外延式生长的方式包覆在所述碲化镉上形成核壳结构,所述核的尺寸为2nm~ 2. 2nm,所述壳的厚度为2nm~4nm。
[0050] 所述碲化镉/硫化镉量子点的发射波长范围为700nm~820nm,所述碲化镉/硫化 镉量子点的荧光寿命为100~220纳秒。
[0051] 所述碲化镉量子点的粒径为4nm~6nm。所述碲化镉量子点的发射波长范围为 700nm~800nm,所述碲化镉量子点的荧光寿命为100~150纳秒。
[0052] 优选地,所述第一量子点和第二量子点的质量比为(1~4) : (0~4)。
[0053] -般来说,所述第一量子点和第二量子点的总质量相对于琼脂糖微球的最大容量 略微过量。
[0054] 更优选地,所述第一量子点和第二量子点的质量比为1:1。
[0055] 优选地,所述基于长寿命复合量子点的突光编码微球的粒径为50 μ m~150 μ m。
[0056] 优选地,所述琼脂糖微球水溶液中琼脂糖微球的质量百分数为6%。所述琼脂糖微 球水溶液由购买得到。
[0057] 本发明制备方法操作简便,可在室温下直接反应,反应稳定且重现性好,所述基于 长寿命复合量子点的荧光编码微球粒径均一、单分散性好,且可大量重复制备。通过改变这 两种量子点在微球中的质量和波长特征,可以得到不同荧光波长和不同荧光寿命的荧光编 码微球,所述微球发射光谱覆盖整个近红外光区域,同时引入荧光寿命这个不随浓度变化 的稳定参数,使编码更为准确。
[0058] 本发明琼脂糖微球同时结合第一量子点和第二量子点,所述第一量子点和第二量 子点的发射波长和荧光寿命均不同,通过改变这两种量子点在微球的质量和波长特征,可 以得到不同荧光波长和不同荧光寿命的荧光编码微球,所述微球发射光谱覆盖整个近红外 光区域,红外光由于其波长较长,被生物体散射和吸收少,可穿透厘米级厚度的组织,将红 外区发光的量子点标记在组织或细胞的特异组分上,并通过成像检测的方法来分析组织内 部的情况;同时引入荧光寿命这个不随浓度变化的稳定参数,使编码更为准确。这些具有不 同突光特征的微球应用于突光成像时,在单一波长光的照射下,多色且不同突光寿命的微 球会产生类似"条形码"的效果,产生大量的不同的可区分的光学信号,编码信息量大,生物 体系的复杂性经常需要同时观察生物的多种组分,利用本发明不同荧光特征的微球标记不 同的生物分子,使用单一激发光源就可以使多种生物组分被即时监控,可以进行多元分析, 本发明基于长寿命复合量子点的荧光编码微球可作为荧光标记物广泛应用于活体成像研 究。
[0059] 综上,本发明有益效果包括以下几个方面:
[0060] 1、本发明提供的第一量子点的发射光谱覆盖整个近红外光区域,荧光寿命长达一 微秒;
[0061] 2、本发明提供的基于长寿命复合量子点的荧光编码微球,该微球光谱覆盖整个近 红外光区域,同时引入荧光寿命这个不随浓度变化的稳定参数,使荧光编码更为准确;
[0062] 3、本发明提供基于长寿命复合量子点的荧光编码微球的制备方法操作简便,可在 室温下直接反应,反应稳定,重现性好。
【附图说明】
[0063] 图1为实施例1制备的碲化镉核的高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)图;
[0064] 图
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