一种用于荧光寿命编码的量子点及其荧光寿命编码方法

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一种用于荧光寿命编码的量子点及其荧光寿命编码方法
【技术领域】
[0001]本发明属于生物分析技术领域,特别涉及一种用于荧光寿命编码的量子点及其荧光寿命编码方法。
【背景技术】
[0002]现有活细胞荧光成像多应用有机染料通过荧光显微镜实现,有机染料商业化程度高,类别多样,可靶向不同细胞器进行荧光成像。但有机染料的荧光强度具有激光强度和染料浓度依赖性,另外,有机染料还有量子产率较低,吸收和发射相对较窄,抗光漂白能力差,荧光寿命较短等缺点。
[0003]半导体量子点(简称QDs,也称半导体纳米晶)由于其独特的光学和电学性质,在光电转换、生命科学等领域备受广大科研工作者的关注,但现有的量子点难以在复杂的细胞环境中靶向识别某种单一细胞,另外,现有量子点一般采用荧光强度的变化对活细胞进行编码,但由于荧光强度随着量子点浓度的变化而变化,导致荧光强度不稳定,难以进行特定的编码;同时,现有的量子点近红外编码容量较小,难以实现对多种活细胞或多种生物分子进行同时编码。这几个缺陷大大限制了量子点在生物领域的应用。

【发明内容】

[0004]为解决上述问题,本发明提供了一种用于荧光寿命编码的量子点,该用于荧光寿命编码的量子点可靶向识别癌细胞,且该用于荧光寿命编码的量子点的编码量较大,可以实现对多种活细胞或多种生物分子进行编码,且编码较为准确。
[0005]本发明第一方面提供了一种用于荧光寿命编码的量子点,所述用于荧光寿命编码的量子点包括至少两种不同荧光寿命的革G向量子点,所述革El向量子点包括碲化镉/硫化镉量子点和用于识别癌细胞的穿膜肽,所述穿膜肽与所述碲化镉/硫化镉量子点通过配位作用连接,所述碲化镉/硫化镉量子点具有以碲化镉为内核,以硫化镉为外壳的核壳结构。
[0006]优选地,所述两种不同焚光寿命的革El向量子点的焚光寿命相差30_100ns。
[0007]优选地,所述两种不同荧光寿命的靶向量子点的摩尔比为1-100:1-100。
[0008]优选地,所述内核的尺寸为1.8nm-2.2nm,所述外壳的厚度为1.5nm-2.5nm。
[0009]优选地,所述靶向量子点的发射波长为620-750nm。
[0010]优选地,所述靶向量子点的荧光寿命为30_160ns。
[0011]优选地,所述硫化镉是以晶格应变外延式生长的方式包覆在所述碲化镉的表面形成核壳结构。
[0012]所述硫化镉以晶格应变外延式生长的方式包覆在所述碲化镉表面形成核壳结构,故形成的核壳结构为II型结构;对于II型CdTe/CdS量子点,随着硫化镉壳层厚度的增加,所述碲化镉/硫化镉量子点出现荧光峰大幅度红移以及荧光寿命大幅度增加的现象。可以通过调节其壳层厚度来获得不同荧光寿命和不同发射波长的靶向量子点。
[0013]优选地,所述穿膜肽还包括六组氨酸标签,所述穿膜肽通过所述六组氨酸标签与所述碲化镉/硫化镉量子点连接。
[0014]优选地,所述穿膜肽通过所述六组氨酸标签与所述碲化镉/硫化镉量子点中的镉离子通过配位作用连接。
[0015]优选地,所述穿膜肽为用于识别MCF-7人体乳腺癌细胞的穿膜肽CPP30。
[0016]更优选地,所述穿膜肽CP P 3 O的氨基酸序列为:PGfldtlvvlhrGPGGYRRTTPSYYRMYLR。其中,大写字母代表1-氨基酸;小写字母代表d-氨基酸。
[0017]更优选地,所述穿膜肽CPP30与所述六组氨酸标签(用His6-tag表示)之间通过聚乙二醇(用PEG3表示)连接,聚乙二醇的聚合度为3。
[0018]所述穿膜肽用CPP30-PEG3-(His6_tag)表示。
[0019]优选地,所述用于荧光寿命编码的量子点包括三种不同荧光寿命的靶向量子点,分别为第一靶向量子点、第二靶向量子点和第三靶向量子点,所述第一靶向量子点的荧光寿命为40-60ns,所述第二靶向量子点的荧光寿命为80-100ns,所述第三靶向量子点的荧光寿命为 130-160ns。
[0020]优选地,所述第一靶向量子点、所述第二靶向量子点和所述第三靶向量子点的摩尔比为 1-100:1-100:1-100。
[0021]通过调控不同荧光寿命的靶向量子点的摩尔比,可以得到不同荧光寿命的用于荧光寿命编码的量子点。
[0022]更优选地,所述第一靶向量子点的发射波长为670nm,寿命为63土 3ns。
[0023 ]更优选地,所述第二靶向量子点的发射波长为700nm,寿命为102 ± 2ns。
[0024]更优选地,所述第三靶向量子点的发射波长为742nm,寿命为136±lns。
[0025]优选地,将所述第一靶向量子点、所述第二靶向量子点和所述第三靶向量子点分另Ij定义为蓝色、绿色和红色,将所述第一靶向量子点、所述第二靶向量子点和所述第三靶向量子点按照不同的比例进行混合,模拟RGB编码技术,实现多种活细胞靶向RGB荧光寿命编码。
[0026]本发明的用于焚光寿命编码的量子点包括三种不同焚光寿命的革El向量子点,通过将这三种靶向量子点按照不同的比例进行混合,可以得到较多的荧光信号,本发明可以将不同荧光寿命的量子点的定义为不同的RGB单色,如将第三靶向量子点定义为红(R),第二靶向量子点定义为绿(G),第一靶向量子点定义为蓝(B),模拟RGB编码,通过对红(R)、绿(G)、蓝(B)三个颜色通道的变化以及它们相互之间的叠加来得到各式各样的颜色,本发明通过将不同的靶向量子点按照不同的添加比例得到不同的荧光寿命编码。
[0027]优选地,所述靶向量子点的制备方法,包括以下步骤:
[0028]取粒径为1.8nm-2.2nm的碲化镉粉末溶于超纯水作为反应基液,所述反应基液中碲化镉的质量浓度为2g/L-3g/L,然后调节所述反应基液的pH值至10.5-11.5;
[0029]将摩尔比为I: 2的镉源和巯基化合物溶于超纯水中配制成混合溶液B,所述混合溶液B中镉离子的摩尔浓度为0.05mol/L-0.lmol/L,然后在搅拌条件下,将所述混合溶液B缓慢加入到上述的反应基液中,在70°C下搅拌加热反应6h,实现硫化镉在所述碲化镉上的包覆,得到混合溶液C:
[0030]另取所述混合溶液B,将穿膜肽与所述混合溶液B混合形成混合溶液D;[0031 ]将所述混合溶液C加热至800C,然后在搅拌条件下加入所述混合溶液D,反应温度为80-100°C,反应时间为l_3h,所述硫化镉在所述碲化镉上继续包覆得到碲化镉/硫化镉量子点,所述穿膜肽与所述碲化镉/硫化镉量子点通过配位作用连接,制得靶向量子点,所述靶向量子点包括碲化镉/硫化镉量子点和用于识别癌细胞的穿膜肽,所述穿膜肽与所述碲化镉/硫化镉量子点通过配位作用连接,所述碲化镉/硫化镉量子点具有以碲化镉为内核,以硫化镉为外壳的核壳结构。
[0032]优选地,所述内核的尺寸为1.8nm-2.2nm,所述外壳的厚度为1.5nm-2.5nm。
[0033]本发明在所述混合溶液B缓慢加入到所述的反应基液时,硫化镉在所述碲化镉上进行包覆,得到一定厚度的硫化镉壳,然后继续加入穿膜肽与所述混合溶液B混合形成混合溶液D,硫化镉壳的厚度继续增加,通过调控反应温度和反应时间,使最终制得的碲化镉/硫化镉量子点的壳的厚度在I.5nm-2.5nm范围内进行变化。
[0034]优选地,所述混合溶液D中,所述穿膜肽与所述混合溶液B中的巯基化合物的摩尔比为1:500。
[0035]优选地,加入所述混合溶液D时,在搅拌条件下分三次在所述混合溶液C加入所述混合溶液D,每次加入的所述混合溶液D的体积均为2mL。
[0036]优选地,所述混合溶液D中所述穿膜肽的体积为10yL。
[0037]优选地,所述碲化镉粉末的制备方法为:
[0038]将摩尔比为1: (1.6-2)的镉源和巯基化合物溶于超纯水中配制成混合溶液A,所述混合溶液A中镉离子的摩尔浓度为0.015mol/L-0.035mol/L,调节混合溶液A的pH值至10.5-
11.5;然后在无氧环境下,向所述混合溶液A中注入新制的碲氢化钠或碲氢化钾溶液,在4-8°C反应16-24小时,经10000转/分高速离心、无水乙醇洗涤数次,然后真空干燥得到碲化镉粉末。
[0039]更优选地,所述新制碲氢化钠或碲氢化钾溶液的制备方法为:将摩尔比为(3-6):1的硼氢化钠或硼氢化钾和碲粉溶解于超纯水中,室温反应4-6.5小时,得到碲氢化钠或碲氢化钾溶液。
[0040]更优选地,反应结束后,将制得的反应液经10000转/分高速离心、无水乙醇洗涤数次,然后真空干燥后得到所述靶向量子点。
[0041 ] 更优选地,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)。
[0042]更优选地,所述巯基化合物为巯基乙酸或巯基丙酸(MPA)。
[0043]更优选地,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。
[0044]更优选地,所
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