专利名称：一种稳定的水溶性壳聚糖衍生物荧光量子点及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种用作荧光探针的稳定的水溶性壳聚糖衍生物荧光量子点及其制备方法，属于生物化学领域。
背景技术：
荧光量子点因其具有窄发射、无漂白和高稳定的荧光性质近年来引起了人们的极大关注。与传统的荧光染料相比，荧光量子点在荧光探针、生物标记、疾病诊断等方面具有得天独厚的优势。目前高质量的荧光量子点主要由金属有机化合物在高温高压下制得，这种油相中制备的量子点若应用于生物医学领域必须要经过复杂的亲水性修饰，修饰的过程往往会造成荧光效率的显著降低，更重要的是无法解决量子点的生物毒性和生物相容性差的问题，大大阻碍了量子点的应用。
发明内容
为了克服现有的荧光量子点的不足，本发明提供了一种稳定的壳聚糖衍生物水溶性荧光量子点及其制备方法，壳聚糖衍生物在酸碱条件下水溶性都很好，能在中性条件下制备纳米粒子，可避免有机溶剂的毒性作用，适合荧光量子点在生物医药领域的应用。而且本发明的制备方法工艺安全、简单有效、符合环保要求，所制得的荧光量子点荧光效率高、稳定性好。
本发明提供的技术方案是一种用作荧光探针的壳聚糖衍生物水溶性荧光量子点，量子点用以壳聚糖衍生物中的壳聚糖季铵盐、羧甲基壳聚糖、壳聚糖硫酸酯或水溶性壳聚糖为模板，在其分子网格中原位生长形成CdS、ZnS、PbS、CdSe、ZnSe或PbSe纳米微晶(量子点)的方法制得，且纳米微晶粒径为直径在2-6nm之间。
本发明还提供了这种水溶性荧光量子点的制备方法，其具体步骤如下(1)于室温将壳聚糖衍生物溶于蒸馏水中，制得浓度为2.5-10mg/ml的壳聚糖衍生物水溶液，(2)在搅拌条件下往制得的壳聚糖衍生物水溶液中加入浓度为5×10-4-10-2mol/l金属盐前驱物水溶液，搅拌8-12小时，所得产物即为壳聚糖衍生物的金属络合物。
(3)将所得产物置于三口烧瓶中，密封通氮气保护，高速搅拌同时迅速向溶液中加入与金属盐前驱物等摩尔的硫族前驱物溶液，金属和硫的摩尔比范围在1∶3～3∶1之间，溶液立即变成带有半导体微晶特征颜色的透明均匀溶胶。
(4)继续在氮气保护下搅拌，加热至80-100℃回流2-3小时，迅速冷却，所得溶液用1-2万的透析袋在去离子水中透析2-3天，即得稳定的壳聚糖衍生物荧光量子点溶液。
将所得稳定的壳聚糖衍生物荧光量子点溶液于20℃以下的室温离心分离20-30分钟，离心速度一般在15,000rpm以上，弃上清，冷冻干燥，即得相应壳聚糖衍生物稳定的荧光量子点粉末。
按上述方法，所制得的荧光量子点包括CdS、ZnS、PbS、CdSe、ZnSe、PbSe；所用的壳聚糖衍生物有壳聚糖季铵盐、羧甲基壳聚糖、壳聚糖硫酸酯或水溶性壳聚糖；所用到的金属盐前驱物为分析纯的醋酸镉、醋酸锌或醋酸汞粉末，所用到的硫族前驱物为二硫化钠或硒氢化钠。
壳聚糖具有较多活性功能团，易于金属离子络合，可作为制备量子点的模板。但壳聚糖在酸碱度为PH 6以上便不溶于水，使它不适合在中性条件下应用。而使用壳聚糖的水溶性衍生物作模板，在水溶液中制备量子点，不仅赋予了量子点极佳的水溶性，更由于生物活性物质的包覆从根本上解决了生物相容性的问题。本发明提供的荧光量子点就是在直径为2-6nm之间量子点的表面包覆生物活性的壳聚糖衍生物。制备中所用的壳聚糖季铵盐、羧甲基壳聚糖、壳聚糖硫酸酯及水溶性壳聚糖都是带有生物活性的水溶性壳聚糖衍生物，它们已经广泛地被作为药物载体、抗凝血、抗菌、抗粘连的生物材料应用于生物医学领域，实践证明这些材料具有良好的生物相容性、无毒性和免疫原性。以这些壳聚糖衍生物作为稳定剂制备的水溶性荧光量子点可不需经过亲水性和相容性修饰直接应用于生物体系。并且，壳聚糖衍生物表面的各种活性基团，还可以使这种量子点方便的与抗体、DNA等各种生物分子结合，拓宽其应用范围。因此本发明提供的水溶性荧光量子点可广泛适用于细胞识别、生物标记、疾病诊断等领域。
而且这种荧光量子点在中性水溶液中制备，可避免有机溶剂的毒副作用，所需能量要比普通制备方法(溶剂热和溶胶-凝胶法)大为降低，可在常温常压的温和条件下制成，尤其适合于生物分子的结合。从操作过程可知本发明提供的制备方法工艺安全、简单有效、符合环保要求，具体实施方式
实施例1将分子量范围为1-2万的壳聚糖季铵盐溶于蒸馏水制成5mg/ml水溶液，在搅拌条件下加入5×10-3mol/l的醋酸镉水溶液，反应12小时，将所得产物置于三口烧瓶中，密封通氮气保护，高速搅拌同时迅速向溶液中加入新鲜制备的与醋酸镉等摩尔的硫化钠水溶液，继续搅拌，80℃加热回流2小时，迅速冷却，所得溶液用2万的透析袋在蒸馏水中透析2天，即得亮黄色荧光CdS量子点溶液。将溶液于20℃以下的室温离心分离20-30分钟，离心速度一般在15,000rpm以上，弃上清，冷冻干燥，即得相应的荧光量子点粉末。
实施例2将分子量范围为1-2万的羧甲基壳聚糖溶于蒸馏水制成5mg/ml水溶液，在搅拌条件下加入5×10-3mol/l的醋酸铅水溶液，反应12小时，将所得产物置于三口烧瓶中，密封通氮气保护，高速搅拌同时迅速向溶液中加入新鲜制备的与醋酸铅等摩尔的硫化钠水溶液，继续搅拌，100℃加热回流2小时，迅速冷却，所得溶液用2万的透析袋在蒸馏水中透析2天，即得深红色荧光PbS量子点溶液。
实施例3将分子量范围为1-2万的壳聚糖硫酸酯制成5mg/ml水溶液，在搅拌条件下加入5×10-3mol/l的醋酸镉水溶液，反应12小时，将所得产物置于三口烧瓶中，密封通氮气保护，高速搅拌同时迅速向溶液中加入新鲜制备的与醋酸镉等摩尔的硒氢化钠水溶液，继续搅拌，80℃加热回流2小时，迅速冷却，所得溶液用2万的透析袋在蒸馏水中透析2天，即得亮红色荧光CdSe量子点溶液。
实施例4将分子量范围为1-2万的羧甲基壳聚糖制成5mg/ml水溶液，在搅拌条件下加入5×10-3mol/l的醋酸锌水溶液，反应12小时，将所得产物置于三口烧瓶中，密封通氮气保护，高速搅拌同时迅速向溶液中加入新鲜制备的与醋酸锌等摩尔的硫化钠水溶液，继续搅拌，80℃加热回流2小时，迅速冷却，所得溶液用2万的透析袋在蒸馏水中透析2天，即得亮白色荧光ZnS量子点溶液。
权利要求
1.一种稳定的水溶性壳聚糖衍生物荧光量子点，其特征在于量子点用以壳聚糖衍生物中的壳聚糖季铵盐、羧甲基壳聚糖、壳聚糖硫酸酯或水溶性壳聚糖为模板，在其分子网格中原位生长形成CdS、ZnS、PbS、CdSe、ZnSe或PbSe纳米微晶(量子点)的方法制得，且纳米微晶粒径为直径在2-6nm之间。
2.权利要求1所述壳聚糖衍生物荧光量子点的制备方法，其特征在于采用步骤如下(1)于室温将壳聚糖衍生物溶于蒸馏水中，制得浓度为2.5-10mg/ml的壳聚糖衍生物水溶液，(2)在搅拌条件下往制得的壳聚糖衍生物水溶液中加入浓度为5×10-4-10-2mol/l金属盐前驱物水溶液，搅拌8-12小时，所得产物即为壳聚糖衍生物的金属络合物。(3)将所得产物置于三口烧瓶中，密封通氮气保护，高速搅拌同时迅速向溶液中加入硫族前驱物溶液，金属和硫的摩尔比范围在1∶3～3∶1之间，溶液立即变成带有半导体微晶特征颜色的透明均匀溶胶。(4)继续在氮气保护下搅拌，加热至80-100℃回流2-3小时，迅速冷却，所得溶液用1-2万的透析袋在去离子水中透析2-3天，即得稳定的壳聚糖衍生物荧光量子点溶液。
3.根据权利要求2所述的稳定的壳聚糖衍生物荧光量子点的制备方法，其特征在于将所得稳定的壳聚糖衍生物荧光量子点溶液于20℃以下的室温离心分离20-30分钟，弃上清，冷冻干燥，即得相应壳聚糖衍生物稳定的荧光量子点粉末。
4.根据权利要求2所述的稳定的壳聚糖衍生物荧光量子点的制备方法，其特征在于所使用的壳聚糖衍生物为壳聚糖季铵盐、羧甲基壳聚糖、壳聚糖硫酸酯或水溶性壳聚糖，其分子量范围为1-2万。
5.根据权利要求2所述的稳定的壳聚糖衍生物荧光量子点的制备方法，其特征在于所用的金属盐前驱物为分析纯的醋酸镉、醋酸锌或醋酸铅粉末。
6.根据权利要求2所述的壳聚糖衍生物稳定的荧光量子点的制备方法，其特征在于步骤(3)中使用的硫族前驱物为二硫化钠或硒氢化钠。
7.根据权利要求2所述的稳定的壳聚糖衍生物荧光量子点的制备方法，其特征在于步骤(3)得到的半导体纳米微晶(量子点)包括CdS、ZnS、PbS、CdSe、ZnSe、PbSe。
全文摘要
本发明公开了一种稳定的水溶性壳聚糖衍生物荧光量子点及其制备方法。这种荧光量子点以壳聚糖衍生物为模板，在其分子网格中原位生长形成纳米微晶的方法制得，粒径为直径在2－6nm之间。其制备方法是将壳聚糖衍生物溶于蒸馏水中，在室温搅拌条件下加入金属盐溶液，形成络合物，高速搅拌加入硫族前驱物溶液形成纳米半导体微晶即量子点，经过加热回流、透析，得到尺寸均一、荧光效率高的量子点溶液。这种在中性水溶液中制备的荧光量子点，可避免有机溶剂的毒副作用，所需能量要比普通制备方法大为降低，尤其适合于生物分子的结合。在细胞识别、生物标记和疾病诊断等领域有广泛的应用前景。
文档编号G01N33/50GK1831080SQ20061001865
公开日2006年9月13日 申请日期2006年3月29日 优先权日2006年3月29日
发明者杜予民, 王小慧 申请人:武汉大学