制备水性兼容性纳米粒子的方法与流程

本申请是pct国际申请日为2009年7月17日，pct国际申请号为pct/gb2009/001777、中国国家申请号为200980136810.7的发明名称为《制备水性兼容性纳米粒子的方法》的申请的分案申请。

本发明涉及水性兼容性纳米粒子的合成，特别是，但不绝对的，半导体纳米粒子，例如核心，核/壳或核/多壳半导体纳米粒子，其可大量分散或溶解于液体介质中。

荧光有机分子具有包括光漂白，不同激发辐射频率和宽带放射的缺点。但是，采用量子点半导体纳米粒子替代荧光有机分子可绕过这些不足之处。

半导体纳米粒子的大小决定了材料的电子性质；作为量子限制效应的结果，带隙能量是可逆地与半导体纳米粒子成比例。不同大小的量子点可用单一波长的光照射而激活，以提供窄带长的离散荧光放射。进一步地，针对纳米粒子的体积比的大面积区域具有对量子点的理化性质的极深影响。

包括单一半导体材料的纳米粒子通常具有适度的理化稳定性和伴随的相对低的荧光量子效率。这些低量子效率由非放射电子空穴复合产生，非放射电子空穴复合在纳米粒子表面的缺陷和悬空键上产生。

纳米核壳粒子包括带有典型地更宽带隙和更小晶格尺寸的外延生长在核表面的壳材料的半导体核。该壳消除了核表面的缺陷和悬空键，其将载荷子局限入核内并远离表面态，这样可以非放射复合的中心起作用。最近，半导体纳米粒子建构学已经进一步地发展到包括核/多壳纳米粒子，其中提供带有两个或更多壳层的核半导体材料以进一步增强纳米粒子的物理、化学和/或光学性质。

核和核/(多)壳半导体纳米粒子的表面经常具有高度放射性的悬空键，其可被适当配体的配位作用所钝化，这些配体例如有机配位化合物。该配位化合物典型地溶入惰性溶剂或用作纳米粒子核生长和/或壳化工艺中的溶剂，这些过程用于量子点的合成。任一方法，配位化合物通过为表面金属原子提供孤对电子来络合量子点的表面，这样可抑制粒子的聚集，在其周围化学环境中保护粒子，提供电子稳定性并能够在相对非极性介质中传授溶解度。

量子点纳米粒子在水性环境(如基本含水的介质)中的广泛应用已被量子点对水性介质的不兼容性而限制，该不兼容性是指无法形成量子点分散或溶入水性介质的稳定系统。因而，已开发一系列表面修饰工艺以实现量子点水性兼容，例如能均一分散入水中或基本含水的介质中的点。

最广泛应用的修饰量子点表面工艺叫做“配体交换”。在核合成和/或壳化工艺中不经意地配合到量子点表面的亲脂配体分子随后用一种所选的极性/带电荷的配位化合物所交换。

一种备选的表面修饰策略将极性/带电荷的分子或聚合物分子用已配位于量子点表面的配体分子来内络合(interchelate)。

现有配体交换和内络合(interchelation)工艺可实现量子点纳米粒子与水性介质的兼容，但是通常导致更低量子产率和/或相比于相应的未修饰量子点的显著更大尺寸的材料。

本发明的目的是避免或减轻上述由现有制备水性兼容性纳米粒子所带来的一或更多个问题。

根据本发明的第一方面，提供一种制备水性兼容性纳米粒子的方法，其使用一种掺入了一种纳米粒子结合基团和一种增溶基团前体的纳米粒子结合配体，该方法包括

a.将增溶基团前体转化为增溶基团，并且

b.用所述掺入了所述增溶基团的所述结合配体接触纳米粒子，以完成将所述结合配体结合到所述纳米粒子上。

本发明提供一种给纳米粒子用前修饰配体至少部分包被的方法，以实现纳米粒子的水兼容性。通过在结合到纳米粒子表面之前修饰配体，不期望的和潜在有害的结合后修饰步骤被避免了。这样本发明可提供能稳定地分散或溶入水性介质中去的量子点半导体纳米粒子，是物理/化学稳健的，展示出高水平的量子产率并且是尺寸上相对小的。下述实施例的结果验证了根据本发明制备的水性兼容性量子点的初始量子产率显著少于用相同半导体材料制备的量子点但用现有技术方法却实现了水性兼容性。此外，下述实施例制备的量子点所展现的最终量子产率相比于通过将这些点进行一种适当退火过程而加入含有增溶基团的配体的之前或之后，是增加的。

本发明的第二方面提供一种水性兼容性纳米粒子，其通过使用根据本发明的第一方面的方法制备，所述水性兼容性纳米粒子包含一种结合着纳米粒子结合配体的纳米粒子，所述配体掺入一种纳米粒子结合基团和一种增溶基团。

本发明的第三方面提供一种水性兼容性纳米粒子，其包含一种结合着连有一或更多种环氧乙烷重复单元的巯基羧酸的纳米粒子。优选的巯基羧酸一基纳米粒子结合配体在下文详述。

根据本发明制备的水性兼容性量子点可用于许多不同的应用，包括但不限于，掺入极性溶剂(如水和水基溶剂)、电子装置、油墨、聚合物、玻璃中，或将量子点纳米粒子附着于细胞、生物分子、金属、分子等等。

本发明的第四方面提供水性兼容性纳米粒子，例如量子点半导体纳米粒子，其包含结合着纳米粒子表面结合配体的纳米粒子，每一种配体掺入一种纳米粒子表面结合基团和一种增溶基团。更特别地，本发明涉及一种量子点半导体纳米粒子，其至少部分包被着传递水性兼容性于该纳米粒子的配体，并能提供化学功能，稳定性和/或增强纳米粒子的荧光性。

现有技术结合后表面处理工艺当结合到纳米粒子表面时，修饰了一种增溶基团前体配位化合物。该工艺通常导致不注意地加入过量配体修饰反应物，其对纳米粒子产物的物理、化学和/或光学性质可能是有害的。在其他情况下，在结合配位化合物不能被充分修饰以为纳米粒子提供水性兼容性的情况下，可以加入不足的配体修饰反应物。

增溶基团前体配位化合物在接触根据本发明的纳米粒子前的修饰，具有允许将配体修饰反应物以一种适当的相对于配体量的化学量加入到增溶基团前体中去的优点，该化学量从而避免过多或过少的加入。这样，不仅在潜在的配体修饰物质的有害暴露中保护纳米粒子材料，而且所产生的纳米粒子可通过使用常规溶液相分析技术而被纯化和研究。

在一些具体实施方式中，量子点的核包含一种半导体材料。该半导体材料可掺入从任意一或更多种周期表第2到16族的离子，包括两价、三价和四价材料，这就是，分别掺入两种、三种或四种不同离子的材料。通过实施例的方式，通过使用根据本发明第一方面的方法而可实现水性兼容性的纳米粒子可掺入一种核心半导体材料，例如，但不限于cds、cdse、cdte、zns、znse、znte、inp、inas、insb、alp、als、alas、alsb、gan、gap、gaas、gasb、pbs、pbse、si、ge及其组合。根据本发明的纳米粒子优选包含具有小于大约20nm平均粒径的核，更优选小于大约15nm，并且最优选在大约2到5nm的范围内。

包含单一半导体材料的量子点纳米粒子，例如cds、cdse、zns、znse、inp、gan等通常因为发生于纳米粒子表面的缺陷和悬空键的非放射性电子空穴复合，而具有相对低的量子效率。为了至少部分地解决这些问题，纳米粒子核可至少部分地在核上包被着一或更多层(这里也称为“壳”)的不同材料，例如一种半导体材料。在该壳或每一种壳内的该材料可掺入从任意一或更多种周期表第2到16族的离子。当纳米粒子包含两个或更多壳时，每一种壳优选由不同材料组成。在一个解释性核/壳材料中，核由一种上面指定的材料组成，并且壳包含一种相对于核材料具有更大能隙和更小晶格尺寸的半导体材料。示例性壳材料包括但不限于，zns、mgs、mgse、mgte和gan。核内和远离表面态的载荷子的限制提供量子点的更佳稳定性和更高量子产率。

量子点纳米粒子的平均粒径，其可通过使用本发明的方法而实现水性兼容性，可以是多种多样的以修正放射波长。量子点荧光放射的能级和伴随频率可以通过制备量子点的材料和量子点的大小来控制。一般地，相同材料制备的量子点具有更显著的红光放射，更大的量子点。优选量子点具有约1到15nm的直径，更优选约1到10nm。量子点优选发射具有约400到900nm波长的光，更优选约400到700nm。

典型地，作为用于生产核、核/壳或核/多壳纳米粒子的核和/或壳化工艺的产物，纳米粒子至少部分地包被着一种表面结合配体，例如肉豆蔻酸，hexadecyl胺和/或氧化三辛基膦。这些配体典型地源于核和/或壳化工艺进行时的溶剂。虽然如同前面所提及的，该类型的配体可升高纳米粒子在非极性介质中的稳定性，提供电子稳定性和/或避免不期望的纳米粒子附聚，但是这些配体通常会阻止纳米粒子稳定地分散或溶入更极性介质，例如水性溶剂中。

在优选的具体实施方式中，本发明提供水性兼容的、稳定的、小的和高量子产率的量子点。作为核和/或壳化工艺的产物，当亲脂表面结合配体掺入量子点的表面时(例如包括hexadecyl胺、氧化三辛基膦、肉豆蔻酸)，这些配体可以用掺入了前修饰、或“活化”、增溶基团的配体而整体或部分替换，或者该前修饰配体可用现存亲脂表面结合配体内络合(interchelate)。

关于本发明的第一方面正如同上面所列举的，在修饰或活化增溶配体前，该配体掺入一种与纳米粒子结合基团一样的增溶基团前体。优选增溶基团前体包含一种可电离基团，其是，一种能通过用适当物质(例如一种离子化物质)处理而离子化的化学基团。将可电离前体基团转化为一种离子化基团的做法增强了该基团至少部分增溶纳米粒子的能力，配体会在诸如水性溶剂的极性介质中结合该纳米粒子，这是让人乐于见到的。

增溶基团前体可以是任意期望类型的化学基团，只要其可被转化为相比于前体基团有增强的增溶能力的增溶基团。以这种方式，在接触将纳米粒子接触含有增溶基团的配体以前将前体基团转化为增溶基团，避免了当结合到纳米粒子表面时为了实现纳米粒子水性兼容性而对配体进行处理的需求。本发明的方法因而提供一种在增强纳米粒子水性兼容性的同时避免或降低对期望的纳米粒子的物理、化学和/或光学性质的破坏，该破坏可发生于使用现有技术的为了实现纳米粒子水性兼容性的后-结合表面处理工艺中。

考虑到上述需要，任何适当的增溶基团前体可被掺入根据本发明的纳米粒子结合配体。在优选的具体实施方式中，前体可以是一种有机基团和/或可包含一或更多种杂原子(如非碳原子)，例如硫、氮、氧和/或磷。示例性前体基团包括氢氧化物、醇盐、羧酸、羧酸酯、胺、硝基、聚乙二醇、磺酸、磺酸酯、磷酸和磷酸酯

在一个优选的具体实施方式中，增溶配体可用式1表示。

x-y-z

式1

其中：

x是功能性基团，其可进一步修饰或不进一步修饰地结合到纳米粒子上(例子包括-sr¹(r¹＝h，烷基，芳基)、-or²(r²-h，烷基，芳基)、-nr³r⁴(r³和/或r⁴＝h，烷基，芳基)、-co2r⁵(r⁵＝h，烷基，芳基)、-p(＝o)or⁶or⁷(r⁶和/或r⁷＝h，烷基，芳基)。)；

y是一个单键或烷基、芳基、杂环、聚乙二醇，功能性烷基、芳基、杂环。聚乙二醇，(功能性基团的例子包括卤素、乙醚、胺、酰胺、酯、腈、异腈、醛、碳酸盐、酮、乙醇、羧酸、叠氮化物、亚胺、烯胺、酸酐、酰氯、炔、硫醇、硫化物、砜、亚砜、膦、氧化膦)任何连接体(如碳、氮、氧或硫原子；取代或未取代、饱和或不饱和脂肪族或脂环族基团；取代或未取代芳香基团；或一或更多种环氧乙烷重复单元)，或可交联/可聚合基团(例子包括羧酸、胺、乙烯基、硅烷、环氧化物)；以及

z是一种增溶基团前体，其可选自包含-or⁸其中r⁸是is氢或烷基基团，其可被取代或未取代、和/或饱和或不饱和；-c(o)or⁹其中r⁹是氢，取代或未取代、饱和或不饱和脂肪族或脂环族基团，或取代或未取代芳香基团；-nr¹⁰r¹¹其中r¹⁰和r¹¹独立地是氢，取代或未取代、饱和或不饱和脂肪族或脂环族基团，或取代或未取代芳香基团，或r¹⁰和r¹¹可相连接从而-nr¹⁰r¹¹形成一个任意所需大小的含氮杂环，例如五元、六元或七元环；-n⁺r¹²r¹³r¹⁴其中r¹²，r¹³和r¹⁴独立地为氢，取代或未取代、饱和或不饱和脂肪族或脂环族基团，或取代或未取代芳香基团；-no2；其中r¹⁵是氢，取代或未取代、饱和或不饱和脂肪族或脂环族基团，或取代或未取代芳香基团；-s(o)2or¹⁶其中r¹⁶是氢，取代或未取代、饱和或不饱和脂肪族或脂环族基团，或取代或未取代芳香基团；以及-p(or¹⁷)(or¹⁸)o其中r¹⁷和r¹⁸独立地为氢，取代或未取代、饱和或不饱和脂肪族或脂环族基团，或取代未取代芳香基团。

如上所述，纳米粒子结合配体中的增溶基团前体到增溶基团的转化是为了增强该配体增溶与其最终结合的纳米粒子的能力。由增溶基团前体产生的该增溶基团因而应该具有比前体更强的纳米粒子增溶能力。当考虑上述需求后应用任意适当的增溶基团时，在一个优选具体实施方式中该增溶基团是带电荷的或极性基团，例如氢氧化盐、醇盐、羧酸盐、铵盐、磺酸盐或磷酸盐。

纳米粒子可与之接触以提高其水性兼容性的前修饰或活化的纳米粒子结合配体，可用式2所示结构表示。

x-y-z’

式2

其中x和y如上面式1所定义的，并且z’是增溶基团，例如一种基团，其可对配体x-y-z’所连接的纳米粒子给予水可溶性。优选z’是带电荷的或极性基团，例如但不限于氢氧化盐、醇盐、羧酸盐、铵盐、磺酸盐，磷酸盐等。

这样，构成本发明第一方面的方法的步骤a.涉及通过使用一种如下述的适当的修饰物质将增溶基团前体z转化为增溶基团z’：

只要其使将增溶基团前体到增溶基团的适当转化有效进行，可以使用任何期望的修饰物质。在一个优选的具体实施方式中，增溶基团前体的转化通过用离子化物质处理所述前体而有效，那就是说，该修饰物质是一种物质，其电离增溶基团以产生一种离子化增溶基团。

该修饰物质可以是一种lewis酸化合物(如一种电子对受体)或一种lewis碱化合物(如一种电子对供体)。优选的增溶基团前体的转化是通过用有机碱处理前体完成，有机碱例如铵盐或醇盐。铵盐可以是烷基铵盐，例如氢氧化四甲铵、氢氧化四乙铵或氢氧化四丁铵。一种示例性醇盐是金属醇盐，例如叔丁醇锂，叔丁醇钠或叔丁醇钾。

在一个示例性具体实施方式中，增溶基团前体可以是磺基基团，其可用例如烷基铵盐的有机碱处理，以产生磺酸盐增溶基团。

增溶基团前体到增溶基团的转化至少部分地在纳米粒子结合配体接触到将被处置以提高纳米粒子的水性兼容性的纳米粒子前完成。虽然增溶基团前体转化和纳米粒子处置可以在相同的反应介质或溶剂中完成，但是优选增溶基团前体的转化在第一反应介质或溶剂中完成，并且所述用结合着所述增溶基团的纳米粒子结合配体对纳米粒子的处置在不同的第二反应介质或溶剂中完成。

在本发明优选的具体实施方式中，上面在式2(x-y-z’)中所述的前修饰或活化的纳米粒子结合配体，可具有以式3所示的优选结构。

ws-y-co2t

式3

其中y是如同上面式1和2所定义的，并且w和t是适于各自配位硫原子和羧基氧原子的化学基团或原子。

根据用于转化原始增溶基团前体(z)到增溶基团(以式2形式的z’，以式3形式的-co2t)的转化反应的性质，如果，例如，前体用一种碱的等价物(式3＝hs-y-co2t)处置，w可以是氢原子，或者，如果前体用两种或更多碱的等价物处置，w可以源自用于转化反应的碱。以例子的方式，w可以是铵基阳离子(如⁺n(r¹⁹)4，其中每一个r¹⁹个别地选自包括氢原子，取代或未取代，饱和或不饱和脂肪族基团；取代或未取代，饱和或不饱和脂环族基团；和取代或未取代芳香基团)的组。在优选的具体实施方式中，每一个r¹¹可以是烷基基团(例如甲基、乙基、丙基、丁基等)，碳环基团(例如芳基基团)，或杂环基团(例如杂芳基基团)。在进一步的优选具体实施方式中，w可以是金属离子，例如但不限于，钠、钾或锂。

在式3中，t可以源自用于转化增溶基团前体(z)到增溶基团(z’)的碱。通过示例的方式，t可以是铵基阳离子(例如⁺n(r²⁰)4，其中每一个r²⁰个别地选自包括氢原子，取代或未取代，饱和或不饱和脂肪族基团；取代或未取代，饱和或不饱和脂环族基团；和取代或未取代芳香基团)的组。每一个r²⁰可以是烷基基团(例如甲基、乙基、丙基、丁基等)，碳环基团(例如芳基基团)，或杂环基团(例如杂芳基基团)。在进一步的优选具体实施方式中，t可以是金属离子，例如但不限于，钠、钾或锂。

从上文来看，在某些情况下，w和t可代表相同类型的化学基团，其可以，例如源自用于转化增溶基团前体(z)到增溶基团(z’)的碱，这是有利的。在将两种或更多的例如氢氧化四丁铵的碱的等价物用于转化反应(z到z’)的情况下，w和t都可以是四丁铵阳离子。

硫提供电子进入金属的空置轨道的性质将会促进优选的式3中的配体化合物(ws-y-co2t)在纳米粒子表面通过硫原子与金属原子/离子(例如包括zn、cd、zn²⁺、cd²⁺)的配位反应，同时末端羧化物基团将被周围的极性分子(例如水分子)溶剂化以实现纳米粒子的水性兼容性。

在一个特别优选的具体实施方式中，下文举例，前修饰配体是巯基羧酸、半胱氨酸(进一步的例子包括但不限于mercaptopropanoic酸、mercaptohexanoic酸和mercaptooctanoic酸)的盐，其中该酸已用两种碱(氢氧化四丁铵)的等价物所处置以去质子化(deprotonate)羧酸基团和巯基基团。可使用一种碱的等价物是有利的，在该情况下带有最低pka的功能性基团将优选地去质子化。至于半胱氨酸，羧酸基团具有大约2的pka，并且巯基基团具有大约8的pka，并因此羧酸基团在巯基基团之前去质子化。

预先形成的的mercaptocarboxylate盐的羧化物基团被给被包被的量子点提供水性兼容性的水分子所溶剂化。预先形成的羧酸盐避免了对通过在配体交换后加入碱而去质子化羧酸功能性的需求，其，如前所述，对于最终量子点的量子产率通常是有害的。

羧化物基团也可提供适当的化学功能性以参与诸如碳二亚胺介导的羧酸和胺之间的偶联反应的偶联/交联反应，或者偶联到其他包括蛋白质、多肽、抗体、碳水化合物、糖脂、糖蛋白和/或核酸的种类上去。

另外，任何mercaptocarboxylic酸的挂件功能基团(例如半胱氨酸的胺基团)可参与诸如碳二亚胺介导的羧酸和胺之间的偶联反应以及带有顺[sulfosuccinimidyl]辛二酸盐的交联反应的偶联/交联反应，或者偶联到其他上文中关于羧化物基团所提到的种类，例如蛋白质、多肽等等。

在优选具体实施方式中，当使用两种碱的等价物时，预先形成的mercaptocarboxylate盐的硫醇基团可便于配体化合物到量子点表面的配位反应。硫醇基团的硫原子可络合到量子点表面的金属原子/离子(例如包括zn、cd、zn²⁺、cd²⁺)上去，同时源自碱的阳离子(例如包括⁺nme4、⁺nbu4)，其最初结合于硫醇盐基团，与量子点表面的反相原子/离子(例如包括s、se、s^2-、se^2-)相络合。该络合反应可提供钝化量子点表面的优点。

在优选的具体实施方式中，结合着增溶基团前体的配体是mercaptocarboxylic酸。该rnercaptocarboxylic酸可结合一或更多种环氧乙烷重复单元，和/或可选择地结合胺或酰胺功能性基团。一种特别优选的增溶基团前体具有结构

其中n是大于约2000的整数，更优选大于约1000并且依然更优选大于约100。特别优选n在约1到约2000的范围内，更优选约10到约500的范围内，并且依然更优选约20到约100的范围内。在一个优选的具体实施方式中，并如下文所述的实施例2和3中所使用的，n是约80。

在备选的具体实施方式中，式1和2中的纳米粒子结合基团x可以是多齿(multidentate)基团，例如结合着能够与纳米粒子的原子/离子形成诸如配价键的结合作用的两种或更多原子的化学基团。另外或备选地，该增溶基团，式2中的z’可以是结合着两种或更多能够与周围溶剂相互作用的原子的多齿(multidentate)基团。

该或每一种多齿(multidentate)基团可结合一或更多种的原子，例如硫、氧、氮或磷原子，和/或一或更多种诸如-sr²¹(r²¹＝h、烷基、芳基)，-or²²(r²²-h、烷基、芳基)，-nr²³r²⁴(r²³和/或r²⁴＝h、烷基、芳基)，-co2r²⁵(r²⁵＝h、烷基、芳基)，-p(＝o)or²⁶or²⁷(r²⁶和/或r²⁷＝h、烷基、芳基)的基团。特别优选的多齿(multidentate)基团包括巯基(-sh)、羟基(-oh)、羧基(-co2h)和膦基(-p(＝o)(oh)2)。

示例性多齿(multidentate)基团包括但不限于那些在图1中展示的，其中：a是功能性基团，例如如上文所述的sr²¹、-or²²、-nr²³r²⁴、-co2r²⁵、-p(＝o)or²⁶or²⁷；b是第一适合结合基团，例如nh、o、ch2；并且d是第二适合结合基团，例如n、ch、c等。

适当的多齿(multidentate)基团的进一步的例子可结合任意的一或更多种下述可结合到纳米粒子上的基团/原子：功能基团，例如乙醚、胺、酰胺、酯、腈、异腈、醛、碳酸盐、酮、乙醇、羧酸、叠氮化物、亚胺、烯胺、酸酐、酰氯、炔、硫醇、硫化物、环氧化物、砜、亚砜、膦、氧化膦、乙烯基和/或alkoxysilane；结合一或更多种非碳原子的杂环基团；和/或卤素原子。

可以使用本发明的方法，通过用前修饰配体化合物对任意表面结合亲脂性配体分子的部分或大体完全的替换来实现纳米粒子，特别地但不是唯一地半导体量子点，的水性兼容性，该前修饰配体化合物已被“活化”从而在结合到纳米粒子表面之前提供水性兼容性。备选地或另外地，前修饰配体可内络合(interchelate)现有的结合到纳米粒子表面上的配体。可以理解用根据本发明的配体化合物处置过的纳米粒子可具有表面配体，该表面配体不仅根据纳米粒子结合基团(例如式1和2中的x，或式3中的ws)、联结基团(例如式1、2和3中的y)-如果存在，和/或增溶基团(例如式2中的z’，或式3中的co2t)的性质是不同的，而且可存在没有配体结合于其上的纳米粒子的表面区域，和/或配体(例如亲脂性配体)从最初纳米粒子合成工艺中保持结合于其上的区域。

如上文所述，本发明的方法在将其结合到纳米粒子表面之前将增溶基团前体转化为增溶基团。这样从而避免或降低了对结合后表面处理工艺的需求，其通常会导致太多或太少的配体修饰物质的加入。本发明因而便于精确化对所加入的配体修饰物质的量的控制。结果，确保加入足够量的配体修饰物质以生产所需量的增溶物质成为可能，同时也确保纳米粒子的材料在潜在有害的配体修饰物质的暴露中得到保护。进而，产生的带有预先形成的增溶基团的纳米粒子可用常规溶剂相分析技术所纯化并分析。

随着本发明配体分子衍生的量子点优选具有至少相等于，并且更优选大于，配体交换前的量子点样品的量子产率。另外，这些水性兼容性量子点在uv-光(365nm)需氧地照射下，相比于母体量子点样品，具有增强的稳定性。

本发明的范围不限于上述的优选具体实施方式是有利的，并且所述的具体实施方式可以在不脱离上文所述的本发明的每一个方面下的基本概念的情况下被修改。

现在仅通过例子的方式来进一步描述发明，关于下面不限制的图和实施例，其中：

图1是示例性多齿(multidentate)基团的非穷尽清单；

图2是cdse/cdzns/zns/hda-topo半导体纳米粒子的吸收光谱，其可用根据本发明的方法予以修改以实现所述纳米粒子的水性兼容性(参见例1)；

图3是cdse/cdzns/zns/hda-topo半导体纳米粒子的发射光谱，其可用根据本发明的方法予以修改以实现所述纳米粒子的水性兼容性(参见例1)；

图4是cdse/cdzns/zns/bu4n^+-sch2ch(nh2)co2^-+nbu4水性兼容性半导体纳米粒子的发射光谱，其可用根据本发明的方法予以修改以给予所述纳米粒子水性兼容性(参见例1)；

图5是示例性配体bu4n^+-sch2ch(nh2)co2^-+nbu4，的¹h-nmr谱，其可采用根据本发明的方法(参见例1)；

图6是cdse/cdzns/zns/hda-topo半导体纳米粒子的¹h-nmr谱，其可用根据本发明的方法予以修改以实现所述纳米粒子的水性兼容性(参见例1)；

图7是cdse/cdzns/zns/bu4n^+-sch2ch(nh2)co2^-+nbu4水性兼容性半导体纳米粒子的¹h-nmr谱，其用根据本发明的方法予以修改以给予所述纳米粒子水性兼容性(参见例1)；

图8是水性兼容性inp/zns/zno半导体纳米粒子的发射光谱，其结合了根据本发明的一种优选具体实施方式而制备的hs-c2h4-conh-(peg)n-c3h6-co2^-+nbu4表面结合配体(参见例2)；

图9是水性兼容性inp/zns/zno半导体纳米粒子的发射光谱，其结合了根据本发明的一种优选具体实施方式而制备的bu4n^+-s-c2h4-conh-(peg)n-c3h6-co2^-+nbu4表面结合配体(参见例3)；并且

图10a和10b是在用环境光(图10a)和365nm光(图10b)照射的水中的hs-c2h4-conh-(peg)n-c3h6-co2^-+nbu4经修改的量子点的照片。

示例

例1

1.1cdse/cdzns/zns/hda-topo纳米粒子的制备

cdse核的合成

在一个具体实施方式中，量子点纳米粒子通过将正十六烷胺(50g，0.21摩尔)装入一个带有冷凝器和温度计的250ml三颈圆底烧瓶来合成。正十六烷胺在真空中(110℃，1小时)脱瓦斯。

然后，正十六烷胺被冷却(90℃)并加入cdse簇([et3nh]4cd10se4(sph)16，0.25g，摩尔)和三辛基磷化氢/se(0.5m，3ml)。一旦固体物质溶解了，就升高温度(160℃)并且将保留溶液在n2(g)中搅拌(30分钟)。plmax＝495nm。

升高温度(170℃)，并且将cd前体(1ml)和三辛基磷化氢/se(0.2m，1ml)混合到一起，并慢慢地点滴式地加入到反应混合物中并搅拌(30分钟)。plmax＝513nm。然后，溶液被冷却(120℃)并整夜退火。

升高温度(180℃)，并且慢慢地点滴式地加入cd前体溶液(2ml)和三辛基磷化氢/se(0.2m，2ml)的混合物到反应混合物中，然后搅拌(30分钟)。plmax＝528nm。

升高温度(190℃)，并且慢慢地点滴式地加入cd前体(2ml)和三辛基磷化氢/se(0.2m，2ml)的混合物到反应混合物中，然后搅拌(30分钟)plmax＝540nm。

升高温度(200℃)，并且慢慢地点滴式地加入cd前体溶液(2ml)和三辛基磷化氢/se(0.2m，2m1)的混合物到反应混合物中，然后搅拌(1小时30分钟)。plmax＝560nm。

冷却反应混合物(120℃)并且整夜退火。进一步冷却反应混合物(50℃)并加入无水甲醇(80ml)以沉淀用离心法分离并溶入无水氯仿(10ml)中的纳米粒子。

用cdzns对cdse核的壳化

将20ghad和15gtopo装入一个带有冷凝器和温度计的250ml三颈圆底烧瓶。hda/topo在真空中在110℃下脱瓦斯1小时。

然后，冷却hda/topo至90℃并加入cdse核(在10ml氯仿中)。氯仿在真空中去除。

升高温度至210℃，并缓慢地点滴式地加入2mlcdzn(0.1m)前体溶液和s/ode，并随后保留溶液搅拌10分钟。

重复两次该操作(6ml所加入的cdzn前体和s/ode的每一种的整体)，并且随后保留溶液在210℃下退火30分钟。

然后，冷却该溶液到50℃，加入无水甲醇(70ml)，并用离心法分离固体物质。随后，固体物质用无水甲醇(40ml)洗。

在无水氯仿(10ml)中重新溶解固体物质。plmax＝596nm

用zns对cdse/cdzns壳化

将20ghad和40gtopo装入一个带有冷凝器和温度计的250ml三颈圆底烧瓶。hda/topo在真空中在110℃下脱瓦斯1小时。

随后，冷却hda/topo至90℃，并且加入cdse/cdzns核(在10ml氯仿中)。氯仿在真空中去除。

随后，加热溶液至190℃，并以0.5ml部分交替加入及起始时加入znet2的方式加入znet2/top(0.25m)和(tms)2s/top(0.25m)，直到每种溶液已加入了8ml，在每一次加入之间保留至少10分钟。

随后，冷却溶液至120℃，并保留退火1小时。随后，冷却溶液至50℃，加入无水甲醇(20ml)和无水异丙醇(60m1)，并用离心法分离固体物质。随后，固体物质用无水异丙醇(40m1)洗并溶入无水甲苯(15ml)。

核心化和壳化溶液的制备

镉前体溶液(0.2m)

将1.284gcdo，19.1ml油酸和30.9mlode装入一个三颈圆底烧瓶并在n2中加热至250℃。保持温度直到溶液褪色(～20分钟)，并随后冷却备用。(溶液用非常温和的加热而保持温热，并在室温下搅拌使其固化)

cdzn前体溶液“壳化溶液”(0.08m)

将0.68gcd(ac)2·2h20，0.46gzn(ac)2，41mlode和9ml油酸装入一个圆底烧瓶，并在真空中温和加热直到所有的固体物质溶解。

溶液用非常温和的加热而保持温热，并搅拌备用，其在室温下固化。

1.2水性兼容性cdse/cdzns/zns量子点的制备

通过在半胱氨酸(0.1026g，0.821396mmol)中加入等份额的氢氧化四丁铵甲醇溶液(1m，1642.7μl，1.642792mmol)而合成一种qd表面结合配体分子，并且其被均质化以提供相应的盐(bu4n^+-sch2ch(nh2)co2^-+nbu4，0.0005mmol/μl)。

在氯仿中将等份额的配体分子(bu4n^+-sch2ch(nh2)co2^-+nbu4)(0.001-0.2mmol)加入到cdse/cdzns/zns/hda-topo量子点(125nmol)(如上文所述制备；量子产率＝49％，λmax^em＝620nm，fwhm＝31nm)中去以提供一种整体体积1000μl的溶液。反应混合物被均质化并随后被培养(4小时)。该量子点从反应混合物中沉淀出来，接着其被离心(10,000rpm，5分钟)。上清液从颗粒中分离出来，其分散在水中(400μl)以提供清澈溶液(量子产率＝40％)。随后，样品用uv光(365nm)照射退火(39hours)(量子产率＝55％)。

从到上文所给出的结果中可以观察到，在结合了预先形成的增溶配体(bu4n^+-sch2ch(nh2)co2^-+nbu4)后，量子点的量子产率仅仅降低了9％，从49％到40％。相比较于在使用现有技术的后-配体结合表面处理方法来修饰量子点后所典型地观察到的大约50％到100％的降低来说，这等同于量子产率的仅仅约18％的降低。

实施例2

水性兼容性inp/zns/zno量子点的制备

表面结合配体的制备

通过在hs-c2h4-conh-(peg)～80-c3h6-co2h(mwt＝3711，0.0522g，0.014mmol)的甲醇溶液(986μl)中加入等份额的氢氧化四丁铵甲醇溶液(1m，14μl，0.014mmol)而合成一种qd表面结合配体分子，并且其被均质化以提供相应的盐hs-c2h4-conh-(peg)～80-c3h6-co2^-+nbu4(0.000014mmol/μl)。

配体结合

在氯仿中将等份额的配体分子hs-c2h4-conh-(peg)～80-c3h6-co2^-+nbu4(269.4μl，0.00377mmol)加入到inp/zns/zno量子点(4mg；pl＝612nm；量子产率＝50％；fwhm＝95nm；有机材料中的tga＝78％)中去以提供一种整体体积4000μl的溶液。反应混合物被均质化和培养(4小时)。

反应混合物在低压下浓缩，并随后溶入水中(1000μl)并过滤通过一个ptfe注射器式过滤器(0.2μm)以提供一种均质透明的红色溶液(量子产率＝21％；图8所示的发射光谱)。图10a和10b是在用环境光(图10a)和365nm光(图10b)照射的水中的hs-c2h4-conh-(peg)～80-c3h6-co2^-+nbu4经修改的量子点的照片。

实施例3

水性兼容性inp/zns/zno量子点的制备

表面结合配体的制备preparationofsurfacebindingligand

通过在hs-c2h4-conh-(peg)～80-c3h6-co2h(mwt＝3711，0.0499g，0.0134mmol)的甲醇溶液(973.2μ1)中加入等份额的氢氧化四丁铵甲醇溶液(1m，26.8μl，0.0268mmol)而合成一种qd表面结合配体分子，并且其被均质化以提供相应的盐bu4n^+-s-c2h4-conh-(peg)～80-c3h6-co2^-+nbu4(0.0000134mmol/μl)。

配体结合

在氯仿中将等份额的配体分子bu4n^+-s-c2h4-conh-(peg)～80-c3h6-co2^-+nbu4(281.3μl，0.00377mmol)加入到inp/zns/zno量子点(4mg；pl＝612nm；量子产率＝50％；fwhm＝95nm；有机材料中的tga＝78％)中去以提供一种整体体积4000μl的溶液。反应混合物被均质化和培养(4小时)。

反应混合物在低压下浓缩，并随后溶入水中(1000μl)以提供一种均质透明的红色溶液(量子产率＝19％；图9所示的发射光谱)。