專利名稱：一種高亮度無毒性熒光量子點納米復合探針及其制備方法
技術領域：
本發明屬熒光探針材料領域，具體涉及一種具備高亮度無毒性熒光量子點納米復合探針及其制備方法。
背景技術：
熒光探針在光學材料、化學 識別和生物監測及傳感等領域得到了廣泛的應用，并成為成功實現上述功能的一種主要的技術手段。但以傳統的有機熒光染料為主的熒光探針中也存在一些難以克服的缺陷。近年來，量子點由于具有優良的光譜特征和光化學穩定性，因此量子點熒光探針的研究引起了國內外各學科研究者的廣泛關注，研究的領域涉及物理、化學、生命科學等多學科，已經發展成為一門新興的交叉學科。但是傳統的量子點熒光探針具有生物相容性差，生物毒性等致命弱點，因此一種具有高的生物相容性和低的生物毒性的高亮度熒光探針的設計就迫在眉睫。
發明內容
為了克服傳統量子點熒光探針的缺點，本發明的目的是通過水相合成的方法制備高亮度無毒性熒光量子點納米復合探針。其是通過在二氧化硅表面連接大量的熒光量子點，使單個探針具有高于單個量子點幾十上百倍的熒光增強效應，然后使用二氧化硅對二氧化硅/量子點納米顆粒進行包裹，實現了好的生物相容性，非常容易鏈接生物分子，并徹底屏蔽了量子點的生物毒性。為了實現本發明的目的，本發明提供了一種高亮度無毒性熒光量子點納米復合探針的制備方法，其包括如下步驟( I)制備二氧化硅球溶膠正硅酸四乙酯(TEOS)在一定比例氨水的催化作用下水解得二氧化硅溶膠；(2)制備二氧化硅與量子點復合材料用氨基硅烷偶聯劑修飾步驟(I)所得的二氧化硅溶膠，然后將用3-巰基丙酸(MPA)穩定的水溶性熒光量子點加入到修飾過的二氧化硅溶膠中，充分反應后離心，將離心后固體產物分散在溶劑中得二氧化硅與量子點復合材料溶液；(3)制備二氧化硅-量子點-二氧化硅結構將氨水和正硅酸四乙酯加入步驟(2)制備的復合材料溶液中進行水解反應，水解反應結束后用硅烷偶聯劑修飾水解產物，所得二氧化硅-量子點-二氧化硅結構表面帶有各種基團，所述帶各種基團的二氧化硅-量子點-二氧化硅結構連接多種生物分子后即為突光量子點納米復合探針。其中，步驟(I)所述正硅酸四乙酯與氨水的體積比優選為O. 02^10 :0. 5 10。步驟(I)所述水解反應溫度優選為2(Γ100 ，反應時間優選為廣24小時。步驟(I)所述二氧化硅溶膠的尺寸優選為4(T200nm。其中，步驟(2)所述氨基硅烷偶聯劑優選為3-氨丙基三甲氧基硅氧烷(APTMS)或氨丙基三乙氧基硅烷。優選的，所述氨基硅烷偶聯劑要過量以保證硅球表面被充分修飾，多余的偶聯劑可以通過后續的離心除去；修飾后還進一步包括離心，以除去多余的硅烷偶聯劑；修飾后使二氧化硅溶膠表面帶上氨根基團。所述水溶性熒光量子點優選為CdTeS、CdTe, CdSe, Mn-doped ZnS, CdS或CdTe/CdS/ZnS等。優選的,所述量子點要過量以保證復合結構中有足夠的量子點，多余的量子點通過后續的離心出去。步驟(2)中所述反應時間至少為6小時。步驟(2)中所述溶劑優選為乙醇、異丙醇等。其中，步驟(3)中所述復合材料的體積與加入的氨水和正硅酸四乙酯的體積和的比例為O. 02 4 :0. 5 4 ;其中所述正硅酸四乙酯與氨水的體積比優選為O. 02 10 :0. 5 10 ；所述水解反應條件為室溫下反應24小時。 步驟(3)中所述硅烷偶聯劑優選為帶有各種基團(如氨基巰基)的硅烷偶聯劑，如帶有疏基基團的娃燒偶聯劑(如Y-疏丙基二甲氧基娃(MPTMS))修飾后使其表面帶有疏基集團；帶有氨基基團的硅烷偶聯劑(如3-氨丙基三甲氧基硅氧烷(APTMS))修飾后使其表面帶有氨基基團。優選的，所述偶聯劑的用量還是要保持過量，多余的偶聯劑可以通過后續離心除去。所述生物分子優選為抗體、鏈霉親和素、DNA片段、生物配體或陽離子多肽等。本發明還提供了上述方法制備的熒光量子點納米復合探針。本發明的有益效果相對于傳統的熒光探針，此探針是一種無毒性，生物相容性好，易鏈接生物分子，聞突光納米復合探針。(I)相對于傳統的鎘系量子點熒光探針的自身生物毒性，本發明的復合探針通過在最外層包裹一層二氧化硅殼的方式，隔絕了鎘元素的泄露，可以有效的避免鎘系量子點的生物毒性。(2)熒光量子點包括油溶性熒光量子點和水溶液熒光量子點，油溶性熒光量子點具有非常差的生物相容性，在實際應用層面上講，水溶性量子點才能對生物體有好的相容性，水溶性量子點的一個缺點就是容易被水中的氧氣氧化從而減弱甚至猝滅熒光，我們通過包裹二氧化硅殼可以同時實現三個功能好的生物相容性、徹底阻隔生物毒性以及阻止熒光淬滅效應。(3)商業化的熒光量子點表面的基團非常單一，本發明通過在最外層包裹一層二氧化硅殼后可以用帶有各種電荷的硅烷偶聯劑進行交聯，使其帶有所需要的基團以方便鏈接生物分子。(4)在一個商業化的量子點熒光探針中只包含一個熒光量子點，本發明的量子點熒光探針中含有數十上百個量子點可以大大提高材料的熒光強度。
圖I是采用本發明制備的高亮度熒光量子點納米復合探針；圖2是高亮度熒光量子點納米復合探針的應用示意圖；圖3是純熒光量子點與熒光探針強度的對比圖。
具體實施例方式以下結合實施例對本發明做進一步的詳細描述。本發明所用的化學藥品正硅酸四乙酯(TE0S)，氨水，無水乙醇，國藥集團化學試劑有限公司。硅烷偶聯劑(如3-氨丙基三甲氧基硅氧烷(APTMS，sigma))、量子點如(CdTeS等)(中國科學技術大學物理系薄膜物理研究實驗室)；實施例I :(I)將2ml的正硅酸四乙酯(TEOS)在4ml氨水的催化作用下水解，在40度下反應4小時制備直徑為80nm的二氧化硅溶膠。(2)對制備好的二氧化硅溶膠用200微升的3-氨丙基三甲氧基硅氧烷(APTMS)進行修飾，使其表面帶上氨根基團，接著進行離心除去多余的APTMS，然后將5ml濃度為2M的MPA穩定水溶性熒光CdTeS量子點加入到修飾過的二氧化硅溶膠中，反應24小時使其充分反應，然后離心，將離心產物分散在乙醇中(乙醇用量為能夠將離心下來的產物分散開就行了)。(3)向(2)中制備好的復合材料中加入2ml氨水和1000微升的TEOS，TEOS在氨水的催化下水解，反應條件為室溫下反應24小時，反應結束后使用Y -巰丙基三甲氧基硅(MPTMS)進行修飾，使其表面帶有巰基基團，其結構如圖I所示，其結構是樣品中間是二氧化硅球，中間是多個熒光量子點，最外層是二氧化硅球殼，最外層表面是用MPTMS修飾過。由于在一個復合納米顆粒中包含有多個量子點，因此一個復合結構的熒光強度是單個量子點的55倍(如圖2)，由于在熒光探針周圍二氧化硅介質的存在，熒光探針的發射波長發生紅移。(4)向(3)中制備好的帶有巰基基團的量子點熒光復合納米顆粒中加入抗體，抗體通過帶有的氨基基團與探針表面的巰基結合在一起(示意圖如圖3)。由于抗體具有特異性，復合探針可以實現特異性標記。
實施例2 (I)將4. 4ml的正硅酸四乙酯(TEOS)在8ml氨水的催化作用下水解，在80度下反應2小時制備直徑為150nm的二氧化硅溶膠。(2)對制備好的二氧化硅溶膠用500微升的氨丙基三乙氧基硅烷進行修飾，使其表面帶上氨根基團，接著進行離心除去多余的APTMS，然后將IOml濃度為2M的MPA穩定水溶性熒光CdTe量子點加入到修飾過的二氧化硅溶膠中，反應24小時使其充分反應，然后離心并分散在異丙醇中。(3)向(2)中制備好的復合材料中加入4ml氨水和5000微升的TEOS，TEOS在氨水的催化下水解，反應條件為室溫下反應24小時，反應結束后使用3-氨丙基三甲氧基硅氧烷(APTMS))修飾后使其表面帶有氨基基團。(4)向(3)中制備好的帶有氨基基團的量子點熒光復合納米顆粒中加入抗體，抗體通過帶有的氨基基團與探針表面的巰基結合在一起。由于抗體具有特異性，復合探針可以實現特異性標記。實施例3 (I)將O. 55ml的正硅酸四乙酯(TEOS)在2ml氨水的催化作用下水解，在25度下反應12小時制備直徑為IlOnm的二氧化硅溶膠。(2)對制備好的二氧化硅溶膠用100微升的3-氨丙基三甲氧基硅氧烷(APTMS)進行修飾，使其表面帶上氨根基團，接著進行離心除去多余的APTMS，然后將3ml濃度為2M的MPA穩定水溶性熒光Mn-doped ZnS量子點加入到修飾過的二氧化硅溶膠中，反應24小時使其充分反應，然后離心并分散在乙醇中。(3)向(2)中制備好的復合材料中加入Iml氨水和500微升的TEOS，TEOS在氨水的催化下水解，反應條件為室溫下反應24小時，反應結束后使用帶有氨基基團的硅烷偶聯齊U (如3-氨丙基三甲氧基硅氧烷(APTMS))修飾后使其表面帶有氨基基團。(4)向(3)中制備好的帶有氨基基團的量子點熒光復合納米顆粒中加入抗體，抗體通過帶有的氨基基團與探針表面的氨基基團在交聯劑的作用下結合在一起。由于抗體具有 特異性，復合探針可以實現特異性標記。實施例4 (I)將2. 2ml的正硅酸四乙酯(TEOS)在2ml氨水的催化作用下水解，在40度下反應4小時制備直徑為50nm的二氧化硅溶膠。(2)對制備好的二氧化硅溶膠用200微升的3-氨丙基三甲氧基硅氧烷(APTMS)進行修飾，使其表面帶上氨根基團，接著進行離心除去多余的APTMS，然后將5ml濃度為2M的MPA穩定水溶性熒光CdTe/CdS/ZnS量子點加入到修飾過的二氧化硅溶膠中，反應24小時使其充分反應，然后離心并分散在乙醇中。(3)向(2)中制備好的復合材料中加入2ml氨水和3000微升的TEOS，TEOS在氨水的催化下水解，反應條件為室溫下反應24小時，反應結束后使用Y -巰丙基三甲氧基硅(MPTMS)進行修飾，使其表面帶有巰基基團。(4)向(3)中制備好的帶有巰基基團的量子點熒光復合納米顆粒中加入抗體，抗體通過帶有的氨基基團與探針表面的巰基結合在一起。由于抗體具有特異性，復合探針可以實現特異性標記。盡管已經示出和描述了本發明的實施例，對于本領域的普通技術人員而言，可以理解在不脫離本發明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的范圍由所附權利要求及其等同物限定。
權利要求
1.ー種高亮度無毒性熒光量子點納米復合探針的制備方法，其包括如下步驟 (1)制備ニ氧化硅球溶膠 正硅酸四こ酯在一定比例氨水的催化作用下水解得ニ氧化硅溶膠； (2)制備ニ氧化硅與量子點復合材料 用氨基硅烷偶聯劑修飾步驟(I)所得的ニ氧化硅溶膠，然后將3-巰基丙酸穩定的水溶性熒光量子點加入到修飾過的ニ氧化硅溶膠中，充分反應后離心，將離心后固體產物分散在溶劑中得ニ氧化硅與量子點復合材料溶液； (3)制備ニ氧化硅-量子點-ニ氧化硅結構 將氨水和正硅酸四こ酯加入步驟(2)制備的復合材料溶液中進行水解反應，水解反應結束后用硅烷偶聯劑修飾水解產物，所得ニ氧化硅-量子點-ニ氧化硅結構表面帶有各種基團，所述帶各種基團的ニ氧化硅-量子點-ニ氧化硅結構連接多種生物分子后即為熒光量子點納米復合探針。
2.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，步驟(I)所述正硅酸四こ酯與氨水的體積比為 O. 02 10 0. 5 10。
3.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，步驟(I)所述水解反應溫度為2(T10(TC，反應時間為Γ24小吋。
4.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，步驟(I)所述ニ氧化硅溶膠的尺寸為40 200nm。
5.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，步驟(2)中所述氨基硅烷偶聯劑為3-氨丙基ニ甲氧基娃氧燒或氣丙基ニこ氧基娃燒。
6.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，所述水溶性熒光量子點為CdTeS、CdTe,CdSe、Μη-doped ZnS,CdS 或 CdTe/CdS/ZnS。
7.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，步驟(2)中所述反應時間至少為6小時；所述溶劑為こ醇、異丙醇。
8.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，步驟(3)中所述復合材料的體積與加入的氨水和正硅酸四こ酯的體積和的比例為O. 02^4 :0. 5^4 ;其中所述正硅酸四こ酯與氨水的體積比為O. 02 10 :0. 5 10。
9.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，步驟(3)中所述硅烷偶聯劑為こ烯基硅烷偶聯劑、氣基娃燒偶聯劑、環氧基娃燒偶聯劑、甲基丙稀酸氧基娃燒偶聯劑、疏基娃燒偶聯劑或脲基硅烷偶聯劑。
10.權利要求Γ9任意一項所述方法制備的熒光量子點納米復合探針。
全文摘要
本發明提供了一種高亮度無毒性熒光量子點納米復合探針的制備方法，其包括如下步驟(1)制備二氧化硅球溶膠；(2)制備二氧化硅與量子點復合材料；(3)制備二氧化硅-量子點-二氧化硅結構。本發明是通過在二氧化硅表面連接大量的熒光量子點，使單個探針具有高于單個量子點幾十上百倍的熒光增強效應，然后使用二氧化硅對二氧化硅/量子點納米顆粒進行包裹，實現了好的生物相容性，非常容易鏈接生物分子，并徹底屏蔽了量子點的生物毒性。
文檔編號C09K11/02GK102851021SQ201210367080
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月26日 優先權日2012年9月26日
發明者尹乃強, 許小亮, 朱立新 申請人:中國科學技術大學