专利名称：一种硫化镉量子点的生物合成法的制作方法
技术领域：
本发明涉及纳米材料的制备，具体涉及一种硫化镉量子点的生物合成法。
背景技术：
量子点(quantum dots, QDs),又称半导体纳米晶，是由II VI族、III V族、Si、Ge等元素组成，尺寸在其激子波尔半径以内的纳米颗粒，具有明显的量子限域效应。在近几十年里，量子点由于具有独特的电学和光学性质，在生物化学、分子生物学、以及光电池等研究领域显示了极其广阔的应用前景，与传统有机荧光染料相比，量子点具有尺寸可调的荧光发射、窄且对称的发射光谱、宽且连续的吸收光谱以及极好的光稳定性 等优点，使得量子点的合成方法受到越来越广泛的探索与研究。早期的量子点合成方法多为金属有机相法，即使金属有机化合物在具有配位性质的有机溶剂环境中生长。如1993年，Murray等用二甲基镉和三辛基硒化膦作前体，将其依次注入剧烈搅拌的350。(!'的三辛基氧化膦(trioctylphosphine oxide, Τ0Ρ0)溶液中，合成了高荧光产率的CdSe QDs，采用尺寸选择沉淀方法可得到单分散的CdSe QDs0金属有机相法制备的量子点有很突出的优点，如粒度可控、荧光发射峰窄等，但是金属有机相法多采用高毒性的化学制剂，如三辛基膦和三辛基氧膦，合成的量子点毒性大，生物相容性低。目前硫化镉量子点的合成大多数是采用化学法，化学法有其本身具有的优点，比如能有效控制量子点的尺寸与形貌。但是，化学法也存在很多弊端，如所用制剂毒性大、费用高，并且大多数需要在高温下反应，制得量子点的生物相容性不高。水热合成法是目前使用较多的方法，该法操作简单、成本较低，但是合成的量子点的单色性不佳，半高峰宽不够窄，而且需要高温，2005年，汪勇先等采用水热法合成的裸量子点硫化镉，其半高峰宽为近lOOnm。鉴于量子点已经慢慢步入生命科学的领域，合成毒性低、生物相容性高和单色性好的量子点成为一种迫切需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种操作简单、制备条件温和、成本低廉、重现性好的硫化镉量子点的生物合成法，该法制备的硫化镉量子点毒性低、生物相容性高且单色性好。为了解决上述技术问题，本发明提出了一种硫化镉量子点的生物合成法，所述方法是以硫代乙酰胺为S源，以水溶性镉盐为Cd源，以巯基化合物为稳定剂，以黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)菌丝球为吸附体,将所述S源、Cd源和巯基化合物加入含黄孢原毛平革菌菌丝球的培养液中进行摇床振荡培养，培养完成后经过滤、去离子水清洗、超声破碎、离心和纯化，得到硫化镉量子点。上述方法中，所述S源、Cd源和巯基化合物的物质的量之比为I : 2 10 : 100 200。上述方法中，所述水溶性镉盐为CdCl2、Cd (NO3)2 ^H2OXd(ClO4)2XdSO4中的一种。
上述方法中，所述巯基化合物为L-半胱氨酸、巯基琥珀酸、半胱氨酸、巯基乙酸、巯基丙酸、巯基丁酸、硫代甘油中的一种或多种。上述方法中，所述培养液为Kirk无机培养液，其pH值为9 12。上述方法中，所述摇床振荡培养的培养温度为30°C 40°C，振荡速度为120r/min 150r/min,培养时间为IOh 15h。上述方法中，所述黄孢原毛平革菌菌丝球的制备包括以下步骤
(1)从琼脂培养基的表面刮取所述黄孢原毛平革菌的分生孢子，将分生孢子均匀悬浮在蒸馏水中，调节浊度，使每毫升悬浮液中含有IO4 2. 5 X IO 6个分生孢子，得到孢子悬浮液；
(2)将所述孢子悬浮液以1% 3%的体积比接种于所述培养液中，在温度为30°C 40°C、振荡速度为120r/min 150r/min、pH值为6. 5 7. 5的条件下进行摇床振荡培养，直至形成黄孢原毛平革菌菌丝球。与现有技术相比，本发明的优点在于本发明利用了生物辅助吸附合成的技术，操作简单，制备条件温和，成本低廉，重现性好。本发明的生物合成法引进的是低毒的化学制齐U，因而制备的硫化镉量子点具有毒性低、生物相容性好、稳定性高的特点。另外，利用本发明制备的硫化镉量子点形状尺寸均一，单色性好(半高峰宽小于20nm)，具有优异的光学性倉泛。
图I为本发明实施例I在pH值分别为9、10、11的条件下制备的CdS量子点的紫外可见吸收光谱图。图2为本发明实施例I在pH值分别为9、10、11的条件下制备的CdS量子点的荧
光发射光谱图。图3为本发明实施例I中pH值为9时的步骤(4)中含有均匀分布的CdS量子点的上清液的透射电镜照片。
具体实施例方式下面结合说明书附图与具体实施例对本发明作进一步详细说明。实施例I :
一种本发明的硫化镉量子点的生物合成法，包括以下步骤
(1)将琼脂培养基表面上的黄孢原毛平革菌BKMF-1767(CCTCC AF96007)(其它同种菌株都适用于本发明)的分生孢子刮入蒸馏水中，调节悬浮液的浊度至60，使每毫升悬浮液中含有IO4 2. 5 X IO6个分生孢子，形成孢子悬浮液；
(2)将3ml孢子悬浮液接种于装有200mlKirk无机培养液的500ml容量的锥形瓶中，在温度为37°C、振荡速度为150r/min、pH为7. O的条件下进行摇床振荡培养，3天后，培养液中自动形成了 2mm 3mm的黄孢原毛平革菌菌丝球；
(3)向上述培养液中加入IOml质量浓度为O.668g/l的硫代乙酰胺、
O.138gCd(NO3)2 · 4H20和I. 325g巯基乙酸，将pH调至9，温度为37°C、振荡速度为150r/min，持续摇床振荡培养12h后，使菌丝球上的菌丝吸附合成了 CdS量子点；
(4)用普通滤纸过滤培养液，收集得到菌丝球，用去离子水清洗菌丝球三遍，采用细胞超声破碎仪将菌丝球进行超声破碎，使吸附在菌丝球上的CdS量子点分散于溶液中，待CdS量子点分散后，采用离心机在6000r/min的转速下离心该溶液，IOmin后,破碎的菌体沉于离心管的管底，CdS量子点均匀分散于上清液中，收集上清液，经纯化后得到CdS量子点，粒径为2nm 5nm。为进行对比，重复上述操作步骤，仅仅是将步骤(3)中的pH分别调为10和11，制备得到不同PH条件下的CdS量子点。采用紫外可见光谱仪测试上述pH分别为9、10、11的条件下制备的CdS量子点，得到的吸收光谱如图I所示。采用荧光发射光谱仪测试上述PH分别为9、10、11的条件下制备的CdS量子点，激发波长为397nm，得到的荧光发射光谱如图2所示。由图I和图2可知，CdS量子点的吸收光谱宽而连续，荧光发射光谱窄而对称，且半高峰宽小于20nm，由此说明CdS量子点的单色性好，具有优异的光谱性能。采用透射电镜测试上述步骤(3)中pH为9时步骤(4)中含有均匀分布的CdS量子点的上清液，放大比例为500万倍。如图3所示,是pH为9时CdS量子点的微观形貌,从图中可以看出，CdS量子点的晶格条纹十分清晰，样品的直径为2nm 5nm，由此说明CdS量子点大小均一，具有很好的晶格结构。实施例2
一种本发明的硫化镉量子点的生物合成法，包括以下步骤
(1)将琼脂培养基表面上的黄孢原毛平革菌BKMF-1767(CCTCC AF96007)的分生孢子刮入蒸馏水中，调节悬浮液的浊度至60，使每毫升悬浮液中含有IO4 2. 5 X IO6个分生孢子，形成孢子悬浮液；
(2)将3ml孢子悬浮液接种于装有200mlKirk无机培养液的500ml容量的锥形瓶中，在温度为35°C、振荡速度为120r/min、pH为7. O的条件下进行摇床振荡培养，3天后，培养液中自动形成了 2mm 3mm的黄孢原毛平革菌菌丝球；
(3)向上述培养液中加入IOml质量浓度为O.668g/l的硫代乙酰胺、O. 082gCdCl2和
2.096g巯基琥珀酸，将pH调至9，温度为35°C、振荡速度为120r/min，持续摇床振荡培养IOh后，使菌丝球上的菌丝吸附合成了 CdS量子点；
(4)用普通滤纸过滤培养液，收集得到菌丝球，用去离子水清洗菌丝球三遍，采用细胞超声破碎仪将菌丝球进行超声破碎，使吸附在菌丝球上的CdS量子点分散于溶液中，待CdS量子点分散后，采用离心机在6000r/min的转速下离心该溶液，IOmin后,破碎的菌体沉于离心管的管底，CdS量子点均匀分散于上清液中，收集上清液，经纯化后得到CdS量子点。实施例3
一种本发明的硫化镉量子点的生物合成法，包括以下步骤
(1)将琼脂培养基表面上的黄孢原毛平革菌BKMF-1767(CCTCC AF96007)的分生孢子刮入蒸馏水中，调节悬浮液的浊度至60，使每毫升悬浮液中含有IO4 2. 5 X IO6个分生孢子，形成孢子悬浮液；
(2)将3ml孢子悬浮液接种于装有200mlKirk无机培养液的500ml容量的锥形瓶中，在温度为37°C、振荡速度为150r/min、pH为7. O的条件下进行摇床振荡培养，3天后，培养液中自动形成了 2mm 3mm的黄孢原毛平革菌菌丝球；
(3)向上述培养液中加入IOml质量浓度为O.668g/l的硫代乙酰胺、O. 139gCd(ClO4)2和1.077g半胱氨酸，将pH调至10，温度为37°C、振荡速度为150r/min，持续摇床振荡培养12h后，使菌丝球上的菌丝吸附合成了 CdS量子点；
(4)用普通滤纸过滤培养液，收集得到菌丝球，用去离子水清洗菌丝球三遍，采用细胞超声破碎仪将菌丝球进行超声破碎，使吸附在菌丝球上的CdS量子点分散于溶液中，待CdS量子点分散后，采用离心机在6000r/min的转速下离心该溶液，IOmin后,破碎的菌体沉于离心管的管底，CdS量子点均匀分散于上清液中，收集上清液，经纯化后得到CdS量子点。实施例4
一种本发明的硫化镉量子点的生物合成法，包括以下步骤
(1)将琼脂培养基表面上的黄孢原毛平革菌BKMF-1767(CCTCC AF96007)的分生孢子刮入蒸馏水中，调节悬浮液的浊度至60，使每毫升悬浮液中含有IO4 2. 5 X IO6个分生孢子，形成孢子悬浮液；
(2)将3ml孢子悬浮液接种于装有200mlKirk无机培养液的500ml容量的锥形瓶中，在温度为30°C、振荡速度为150r/min、pH为7. O的条件下进行摇床振荡培养，3天后，培养液中自动形成了 2mm 3mm的黄孢原毛平革菌菌丝球；
(3)向上述培养液中加入IOml质量浓度为O.668g/l的硫代乙酰胺、O. 093gCdS04和I. 132g巯基丙酸，将pH调至11，温度为30°C、振荡速度为150r/min，持续摇床振荡培养15h后，使菌丝球上的菌丝吸附合成了 CdS量子点；
(4)用普通滤纸过滤培养液，收集得到菌丝球，用去离子水清洗菌丝球三遍，采用细胞超声破碎仪将菌丝球进行超声破碎，使吸附在菌丝球上的CdS量子点分散于溶液中，待CdS量子点分散后，采用离心机在6000r/min的转速下离心该溶液，IOmin后,破碎的菌体沉于离心管的管底，CdS量子点均匀分散于上清液中，收集上清液，经纯化后得到CdS量子点。实施例5
一种本发明的硫化镉量子点的生物合成法，包括以下步骤
(1)将琼脂培养基表面上的黄孢原毛平革菌BKMF-1767(CCTCC AF96007)的分生孢子刮入蒸馏水中，调节悬浮液的浊度至60，使每毫升悬浮液中含有IO4 2. 5 X IO6个分生孢子，形成孢子悬浮液；
(2)将3ml孢子悬浮液接种于装有200mlKirk无机培养液的500ml容量的锥形瓶中，在温度为37°C、振荡速度为120r/min、pH为7. O的条件下进行摇床振荡培养，3天后，培养液中自动形成了 2mm 3mm的黄孢原毛平革菌菌丝球；
(3)向上述培养液中加入IOml质量浓度为O.668g/l的硫代乙酰胺、O. 138gCd (NO3)2 · 4H20和I. 616gL_半胱氨酸，将pH调至12，保持温度为37°C、振荡速度为120r/min，持续摇床振荡培养12h后，使菌丝球上的菌丝吸附合成了 CdS量子点；
(4)用普通滤纸过滤培养液，收集得到菌丝球，用去离子水清洗菌丝球三遍，采用细胞超声破碎仪将菌丝球进行超声破碎，使吸附在菌丝球上的CdS量子点分散于溶液中，待CdS量子点分散后，采用离心机在6000r/min的转速下离心该溶液，IOmin后,破碎的菌体沉于离心管的管底，CdS量子点均匀分散于上清液中，收集上清液，经纯化后得到CdS量子点。实施例6
一种本发明的硫化镉量子点的生物合成法，包括以下步骤
(I)将琼脂培养基表面上的黄孢原毛平革菌BKMF-1767 (CCTCC AF96007)的分生孢子刮入蒸馏水中，调节悬浮液的浊度至60，使每毫升悬浮液中含有IO4 2. 5 X IO6个分生孢子，形成孢子悬浮液；
(2)将3ml孢子悬浮液接种于装有200mlKirk无机培养液的500ml容量的锥形瓶中，在温度为37°C、振荡速度为120r/min、pH为7. O的条件下进行摇床振荡培养，3天后，培养液中自动形成了 2mm 3mm的黄孢原毛平革菌菌丝球；
(3)向上述培养液中加入IOml质量浓度为O.668g/l的硫代乙酰胺、O. 082gCdCl2和I. 510g巯基丙酸，将pH调至10，保持温度为37°C、振荡速度为120r/min，持续摇床振荡培养IOh后，使菌丝球上的菌丝吸附合成了 CdS量子点；
(4)用普通滤纸过滤培养液，收集得到菌丝球，用去离子水清洗菌丝球三遍，采用细胞超声破碎仪将菌丝球进行超声破碎，使吸附在菌丝球上的CdS量子点分散于溶液中，待CdS量子点分散后，采用离心机在6000r/min的转速下离心该溶液，IOmin后,破碎的菌体沉于离心管的管底，CdS量子点均匀分散于上清液中，收集上清液，经纯化后得到CdS量子点。 实施例7
一种本发明的硫化镉量子点的生物合成法，包括以下步骤
(1)将琼脂培养基表面上的黄孢原毛平革菌BKMF-1767(CCTCC AF96007)的分生孢子刮入蒸馏水中，调节悬浮液的浊度至60，使每毫升悬浮液中含有IO4 2. 5 X IO6个分生孢子，形成孢子悬浮液；
(2)将3ml孢子悬浮液接种于装有200mlKirk无机培养液的500ml容量的锥形瓶中，在温度为35°C、振荡速度为130r/min、pH为7. O的条件下进行摇床振荡培养，3天后，培养液中自动形成了 2mm 3mm的黄孢原毛平革菌菌丝球；
(3)向培养液中加入IOml质量浓度为O.668g/l的硫代乙酰胺、O. 093gCdS04和I. 325g巯基乙酸，将pH调至11，保持温度为35°C、振荡速度为130r/min，持续摇床振荡培养12h后，使菌丝球上的菌丝吸附合成了 CdS量子点；
(4)用普通滤纸过滤培养液，收集得到菌丝球，用去离子水清洗菌丝球三遍，采用细胞超声破碎仪将菌丝球进行超声破碎，使吸附在菌丝球上的CdS量子点分散于溶液中，待CdS量子点分散后，采用离心机在6000r/min的转速下离心该溶液，IOmin后,破碎的菌体沉于离心管的管底，CdS量子点均匀分散于上清液中，收集上清液，经纯化后得到CdS量子点。以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该提出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种硫化镉量子点的生物合成法，其特征在于，所述生物合成法是以硫代乙酰胺为S源，以水溶性镉盐为Cd源，以巯基化合物为稳定剂，以黄孢原毛平革菌菌丝球为吸附体，将所述S源、Cd源和巯基化合物加入含黄孢原毛平革菌菌丝球的培养液中进行摇床振荡培养，培养完成后经过滤、去离子水清洗、超声破碎、离心和纯化得到硫化镉量子点。
2.根据权利要求I所述的硫化镉量子点的生物合成法，其特征在于，所述S源、Cd源和巯基化合物的 物质的量之比为I : 2 10 100 200。
3.根据权利要求I或2所述的硫化镉量子点的生物合成法，其特征在于，所述水溶性镉盐为 CdCl2、Cd(NO3)2 4H20、Cd (ClO4) 2、CdSO4 中的一种。
4.根据权利要求I或2所述的硫化镉量子点的生物合成法，其特征在于，所述巯基化合物为L-半胱氨酸、巯基琥珀酸、半胱氨酸、巯基乙酸、巯基丙酸、巯基丁酸、硫代甘油中的一种或多种。
5.根据权利要求I或2所述的硫化镉量子点的生物合成法，其特征在于，所述培养液为Kirk无机培养液，其pH值为9 12。
6.根据权利要求I或2所述的硫化镉量子点的生物合成法，其特征在于，所述摇床振荡培养的培养温度为30°C 40°C，振荡速度为120r/min 150r/min，培养时间为IOh 15h。
7.根据权利要求I或2所述的硫化镉量子点的生物合成法，其特征在于，所述黄孢原毛平革菌菌丝球的制备包括以下步骤 (1)从琼脂培养基的表面刮取所述黄孢原毛平革菌的分生孢子，将分生孢子均匀悬浮在蒸馏水中，调节浊度，使每毫升悬浮液中含有IO4 2. 5 X IO6个分生孢子，得到孢子悬浮液； (2)将所述孢子悬浮液以1% 3%的体积比接种于所述培养液中，在温度为30°C 40°C、振荡速度为120r/min 150r/min、pH值为6. 5 7. 5的条件下进行摇床振荡培养，直至形成黄孢原毛平革菌菌丝球。
全文摘要
一种硫化镉量子点的生物合成法，该方法包括以硫代乙酰胺为S源，以水溶性镉盐为Cd源，以巯基化合物为稳定剂，以黄孢原毛平革菌菌丝球为吸附体，将S源、Cd源和巯基化合物加入含黄孢原毛平革菌菌丝球的培养液中进行摇床振荡培养，培养完成后经过滤、去离子水清洗、超声破碎、离心和纯化得到硫化镉量子点。本发明的方法操作简单、成本低廉、重现性好，制备的硫化镉量子点具有毒性低、生物相容性好、光学性能优良的特点。
文档编号C12R1/645GK102965406SQ20121052462
公开日2013年3月13日 申请日期2012年12月10日 优先权日2012年12月10日
发明者易斌, 陈桂秋, 曾光明, 陈安伟, 杜坚坚, 黄健, 张企华, 官嵩, 李欢可, 尚翠, 周颖 申请人:湖南大学