专利名称：用作生物医学荧光探针的量子点微球的制备方法
技术领域：
本发明涉及的是一种用作生物医学量子点微球的制备方法，尤其涉及一种用作生物医学荧光探针的量子点微球的制备方法。属于化学工程、材料和生物医学技术的交叉领域。
背景技术：
量子点是指半导体纳米微晶，主要由II-VI簇或III-IV簇元素组成的纳米粒子。由于晶粒小，其电子和空穴被量子限域，存在不连续的最高被占分子轨道和最低空余轨道能级，能隙变宽，在光的激发下，可以发射荧光，具有传统荧光物质不可比拟的独特的光学性质。
近年来，国际一些著名刊物均不断报道量子点在生物医学方面的应用研究。量子点的应用已经逐渐渗透到生物医学的各个领域，包括细胞生物学、基因组学、蛋白质组学、生物化学、分子生物学等，量子点将对这些领域的研究产生深远的影响。
如果将不同荧光颜色和荧光强度的量子点进行组合，可得到数量庞大的不同荧光特征的量子点微球。这种微球具有极高的科学研究价值和实际应用价值，它可以方便地应用于生物医学中的高通量分析。如何快捷、简便、低成本、安全地获得高质量的量子点微球，是生物医学应用领域急待解决的问题。目前，在国际上，Nie的研究小组率先制备了量子点的聚苯乙烯微球。
Nie的研究小组所制备的量子点微球，其过程是先通过苯乙烯的乳液聚合获得0.1-5μm聚苯乙烯微球，然后将微球置于氯仿与丙醇或丁醇的混合溶剂中于室温下进行溶胀，并将不同数量和不同荧光特征的的量子点CdSe/ZnS加入其中，量子点便在30min的时间内进入到微球的孔隙中。微球中的孔径分布对于量子点的组装至关重要，成功的方法应该是先将大粒径的量子点先引入到微球的孔隙中，然后再引入较小的量子点。结果Nie的研究小组得到了具有不同光谱特征和发光强度的量子点微球。理论上，应用10中荧光强度和6中荧光颜色的量子点就可以对100万个DNA或蛋白质序列进行编码。
Nie的这种制备量子点微球的方法，可以得到粒度相对较小而且相对均匀的量子点微球。但是其微球的制备和量子点的填装是分步进行的，将不同荧光颜色的量子点填装到微球中时，加入量子点要有先后顺序，而且量子点进入微球中的孔穴需要一定的时间。
实际上，微球的制备方法有很多种，其中喷雾干燥法具有产品粒度可控、效率高、可连续操作、省时和可批量生产的优点，它是将溶液、乳状液、混悬液一步干燥成粉末或颗粒的技术。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种用作生物医学荧光探针的量子点微球的制备方法，本发明公开了上述量子点微球的制备方法，尤其是公开一种与目前文献方法不同、且比文献方法更快捷、更简单、更易控制的量子点微球喷雾干燥的制备方法，所提供的荧光颜色和强度不同的量子点微球，可为生物医学研究中的分子杂交、基因和蛋白质编码、药物筛选、医学成像以及疾病诊断等提供较传统荧光试剂更优越的探针。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明采用喷雾干燥方法将量子点包埋于高分子材料中，形成粒度分布在10微米以下的量子点微球。将不同数量和不同荧光特征的量子点纳米粒子溶于高分子溶液中，然后喷雾干燥，通过改变量子点材料种类、量子点的数量以及量子点的发光颜色和强度来改变微球的荧光特征，通过调整喷雾干燥的条件来控制量子点微球的形貌和粒度。
以下对本发明的方法进一步限定，具体如下(1)在空气或惰性气体的气氛中，将量子点纳米粒子溶于高分子溶液中，然后通过喷雾干燥将溶液雾化成液滴并干燥成微球；(2)通过改变喷雾干燥过程的雾化状况、干燥温度、液滴飞行的速度和前驱体溶液的种类、溶液的粘度和量子点浓度来控制微球的形貌和粒度分布；(3)通过改变微球中量子点的组合方法，如将同种荧光特征的量子点按一定数量组合在一起，形成荧光强度不同的单荧光颜色的量子点微球，或将不同材料的量子点组合在一起，形成多荧光颜色且荧光强度可改变的量子点微球，每种荧光特征的量子点数量可按需要任意进行调整。
所要组装的量子点材料是指下面所述的量子点中的一种或几种的组合所述的量子点除了包括II-VI和III-V的量子点以及由它们组成的核-壳结构的量子点和量子点量子阱，如CdS，ZnS，HgS，GdSe，ZnSe，HgSe，GdTe，ZnTe，ZnO，PbSe，HgTe，CaAs，InP，InAs，InCaAs，CdS/ZnS，CdS/Ag2S，CdS/PbS，CdS/Cd(OH)2，CdS/HgS，CdS/HgS/CdS，ZnS/CdS，ZnS/CdS/ZnS，ZnS/HgS/ZnS/CdS，CdSe/CdS，CdSe/ZnS，CdSe/ZnSe，CdSe/CuSe，CdSe/HgTe，CdSe/HgSe，CdSe/HgSe/CdSe，CdTe/HgS，InAs/InP，InAs/CdSe，InAs/ZnSe；还包括MgS，MgSe，MgTe，CaS，CaSe，CaTe，SrS，SrSe，SeTe，BaS，BaSe，BaTe；以及掺杂量子点CdS:Mn，ZnS:Mn，CdS:Cu，ZnS:Cu，CdS:Tb，ZnS:Tb所述的高分子是指聚苯乙烯，聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯，聚四氟乙烯，聚丙烯腈，聚胺酯，天然橡胶，芳香聚酯，聚硅氧烷，聚甲醛，聚乙醛，聚甲基丙烯酸甲酯，聚甲基丙烯酸乙酯，聚酰胺，聚碳酸酯，乙基纤维素，聚砜纤维，聚己丙酯，壳聚糖，白蛋白，胶原以及海藻酸钠中的一种。
所采用的溶剂是指水、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇，己醇、丙酮、丁酮、二氯甲烷，三氯甲烷、甲醛、乙醛、丙醛、四氢呋喃、乙酸乙酯、乙腈、正己烷、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二乙胺、苯、烷基苯中的一种或几种。
所采用方法为喷雾干燥，过程如下(一)荧光强度可调的单一荧光光谱的量子点微球的制备(1)在空气或惰性气氛中，将具有同种荧光颜色的量子点与高分子共同分散于一种单一溶剂或混合溶剂中，通过振荡或超声或搅拌的方法使量子点均匀地分散在高分子溶液中。
(2)在空气或惰性气氛中，将量子点与高分子的混合溶液通过喷雾干燥设备进行喷雾干燥，进风温度在30℃-250℃。
微球荧光强度的改变是通过调整量子点与高分子的比例而获得的。
(二)多重荧光光谱且荧光强度可改变的量子点微球的制备(1)在空气或惰性气氛中，将不同发光波长的量子点按一定比例进行组合，并将组合的量子点与高分子共同溶于一种单一溶剂或混合溶剂中，通过振荡或超声或搅拌的方法使量子点均匀地分散在高分子溶液中；
(2)在空气或惰性气氛中，将量子点与高分子的混合溶液通过喷雾干燥设备进行喷雾干燥，进风温度在30℃-250℃。
本发明具有实质性特点和显著进步，微球荧光颜色和强度都可以通过调整不同荧光特征的量子点的比例以及量子点与高分子的比例而获得的。本发明操作简便，微球粒度可控，效率高，采用有机溶剂可回收的喷雾干燥方法，则可在低成本的条件下进行批量生产。
具体实施例方式
实施例1单荧光颜色的聚丙烯腈量子点微球的制备(进风温度为180℃)将丙烯腈、丙烯酸甲脂和偶氮二异丁腈混合溶解，然后加入聚乙烯醇和去离子水，在60℃下进行搅拌反应，对反应产物聚丙烯腈进行过滤，洗涤，干燥。
将所得的聚丙烯腈溶于N，N-二甲基甲酰胺溶液中，加入于630nm处有最大发光并且其光谱的半高宽为40nm的量子点CdSe纳米粒子，振荡至量子点在聚丙烯腈溶液中均匀分散，然后在氮气保护下以进料速度为3mL·S-1、进风温度为180℃、雾化盘转速为3000r·min-1的条件进行喷雾干燥。获得粒度小于5微米的球形粒子，即量子点微球，每改变一种量子点与聚丙烯腈的比例，就可得到一个新的发光强度的量子点微球，而量子点荧光光谱的半高宽无显著改变。
实施例2单荧光颜色的聚丙烯腈量子点微球的制备(进风温度为250℃)将聚丙烯腈溶于N，N-二甲基甲酰胺溶液中，加入于630nm处有最大发光并且其光谱的半高宽为40nm的量子点CdSe纳米粒子，振荡至量子点在聚丙烯腈溶液中均匀分散，然后在氮气保护下以进料速度为3mL·S-1、进风温度为250℃、雾化盘转速为3000r·min-1的条件进行喷雾干燥。获得粒度小于5微米的球形粒子，即量子点微球。产物中也有部分丝状物。改变一种量子点与聚丙烯腈的比例，就可得到一个新的发光强度的量子点微球，而量子点荧光光谱的半高宽无显著改变。
实施例3具有多重荧光光谱的聚丙烯腈量子点微球的制备聚丙烯腈的制备方法与实施例1相同。
将所得的聚丙烯腈溶于N，N-二甲基甲酰胺溶液中，并加入分别在520nm，570nm和630nm处有最大发光且半高宽为40nm的量子点CdSe纳米粒子，这3种量子点的浓度比例分别取1∶1∶1，1∶0∶1，1∶1∶3，2∶3∶5，2∶5∶10，振荡混合溶液，直至量子点在聚丙烯腈溶液中达到均匀分散，然后在氮气保护下以进料速度为3mL·S-1、进风温度为180℃、雾化盘转速为3000r·min-1的条件将量子点与聚丙烯腈的混合溶液进行喷雾干燥。获得粒度小于10微米的球形粒子，即量子点微球。当前驱体溶液中未加入570nm发光的量子点时，获得的微球具有两个彼此无交叠的荧光发射光谱，它们分别在520nm和630nm。当前驱体溶液中加入了在520nm，570nm和630nm处发光的量子点时，获得的微球具有3个彼此交叠较少的荧光发射光谱。量子点与聚丙烯腈的比例决定了微球总的发光强度。
实施例4乙基纤维素量子点微球的制备将乙基纤维素溶于乙醇溶液中，并加入在630nm处有最大发光且半高宽为40nm的量子点CdSe纳米粒子，振荡混合溶液，直至量子点在乙基纤维素溶液中达到均匀分散，然后在氮气保护下以进料速度为1mL·S-1、进风温度为80℃、雾化盘转速为3000r·min-1的条件的条件将量子点与乙基纤维素的混合溶液进行喷雾干燥，获得粒度主要分布在小于5微米的球形粒子，量子点与乙基纤维素的比例决定了微球总的发光强度。
实施例5空气气氛中乙基纤维素量子点微球的制备将乙基纤维素溶于乙醇溶液中，并加入在630nm处有最大发光且半高宽为40nm的量子点CdSe纳米粒子，振荡混合溶液，直至量子点在乙基纤维素溶液中达到均匀分散，然后在空气气氛中以进料速度为1mL·S-1、进风温度为30℃、雾化盘转速为3000r·min-1的条件的条件将量子点与乙基纤维素的混合溶液进行喷雾干燥，获得粒度主要分布在小于5微米的球形粒子，量子点与乙基纤维素的比例决定了微球总的发光强度。
权利要求
1.一种用作生物医学荧光探针的量子点微球的制备方法，其特征在于，采用喷雾干燥方法将量子点包埋于高分子材料中，形成粒度分布在10微米以下的量子点微球，将量子点纳米粒子分散于高分子溶液中，然后喷雾干燥，通过改变量子点材料种类、量子点的数量以及量子点的发光颜色和强度来调整微球的荧光特征，通过调整喷雾干燥的条件来控制量子点微球的粒度和形貌。
2.根据权利要求1所述的用作生物医学荧光探针的量子点微球的制备方法，其特征是，以下对本发明的方法进一步限定，具体如下(1)在空气或惰性气氛中，将量子点纳米粒子溶于高分子溶液中，然后通过喷雾干燥将溶液雾化成液滴并干燥成微球；(2)通过改变喷雾干燥过程的雾化状况、干燥温度、液滴飞行的速度和前驱体溶液的种类、溶液的粘度和量子点浓度来控制微球的形貌和粒度分布；(3)通过改变微球中量子点的组合方法，如将同种荧光特征的量子点按一定数量组合在一起，形成荧光强度不同的单荧光颜色的量子点微球，或将不同发光波长的量子点组合在一起，形成多重荧光光谱且荧光强度可改变的量子点微球，每种荧光特征的量子点数量按需要进行任意调整。
3.根据权利要求1或者2所述的用作生物医学荧光探针的量子点微球的制备方法，其特征是，所述的量子点，除了包括II-VI和III-V的量子点以及由它们组成的核-壳结构的量子点和量子点量子阱，如CdS，ZnS，HgS，GdSe，ZnSe，HgSe，GdTe，ZnTe，ZnO，PbSe，HgTe，CaAs，InP，InAs，InCaAs，CdS/ZnS，CdS/Ag2S，CdS/PbS，CdS/Cd(OH)2，CdS/HgS，CdS/HgS/CdS，ZnS/CdS，ZnS/CdS/ZnS，ZnS/HgS/ZnS/CdS，CdSe/CdS，CdSe/ZnS，CdSe/ZnSe，CdSe/CuSe，CdSe/HgTe，CdSe/HgSe，CdSe/HgSe/CdSe，CdTe/HgS，InAs/InP，InAs/CdSe，InAs/ZnSe；还包括MgS，MgSe，MgTe，CaS，CaSe，CaTe，SrS，SrSe，SeTe，BaS，BaSe，BaTe；以及掺杂量子点CdS:Mn，ZnS:Mn，CdS:Cu，ZnS:Cu，CdS:Tb，ZnS:Tb，所要组装的量子点材料是指上述的量子点中的一种或几种的组合。
4.根据权利要求1所述的用作生物医学荧光探针的量子点微球的制备方法，其特征是，所述的高分子是指聚苯乙烯，聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯，聚四氟乙烯，聚丙烯腈，聚胺酯，天然橡胶，芳香聚酯，聚硅氧烷，聚甲醛，聚乙醛，聚甲基丙烯酸甲酯，聚甲基丙烯酸乙酯，聚酰胺，聚碳酸酯，乙基纤维素，聚砜纤维，聚己丙酯，壳聚糖，白蛋白，胶原以及海藻酸钠中的一种或几种的组合。
5.根据权利要求1或者2所述的用作生物医学荧光探针的量子点微球的制备方法，其特征是，所述的溶液是指水、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇，己醇、丙酮、丁酮、二氯甲烷，三氯甲烷、甲醛、乙醛、丙醛、四氢呋喃、乙酸乙酯、乙腈、正己烷、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二乙胺、苯、烷基苯中的一种或几种的组合。
6.根据权利要求1所述的用作生物医学荧光探针的量子点微球的制备方法，其特征是，采用喷雾干燥方法，制备在荧光强度可调的单一颜色的量子点微球，其方法步骤如下(1)在空气或惰性气氛中，将具有同种荧光颜色的量子点与高分子共同溶于一种单一溶剂或混合溶剂中，通过振荡或超声或搅拌的方法使量子点均匀地分散在高分子溶液中；(2)在空气或惰性气氛中，将量子点与高分子的混合溶液通过喷雾干燥设备进行喷雾干燥，进风温度在30℃-250℃。
7.根据权利要求1所述的用作生物医学荧光探针的量子点微球的制备方法，其特征是，采用喷雾干燥方法，制备具有多重荧光光谱且荧光强度可调的量子点微球，其方法步骤如下(1)在空气或惰性气氛中，将不同发光波长的量子点按一定比例进行组合，并将组合的量子点，并将组合的量子点与高分子共同溶于一种单一溶剂或混合溶剂中，通过振荡或超声或搅拌的方法使量子点均匀地分散在高分子溶液中；(2)在空气或惰性气氛中，将量子点与高分子的混合溶液通过喷雾干燥设备进行喷雾干燥，进风温度在30℃-250℃。
全文摘要
一种用作生物医学荧光探针的量子点微球的制备方法。属于化学工程、材料和生物医学技术的交叉领域。本发明采用喷雾干燥方法将量子点包埋于高分子材料中，形成粒度分布在10微米以下的量子点微球，将不同数量和不同荧光特征的量子点纳米粒子分散于高分子溶液中，然后喷雾干燥，通过改变量子点材料种类、量子点的数量以及量子点的发光颜色和强度来改变微球的荧光特征，通过调整喷雾干燥的条件来控制量子点微球的粒度和形貌。本发明操作简便，微球粒度可控，效率高。
文档编号G01N33/52GK1560633SQ20041001642
公开日2005年1月5日 申请日期2004年2月19日 优先权日2004年2月19日
发明者储茂泉, 徐宇虹 申请人:上海交通大学