（分析化学专业论文）fe3o4cdte复合纳米粒子的制备及在荧光免疫标记中的应用.pdf

_j，1 j at h e s i si na n a l y t i c a lc h e m i s t r y t h e s y n t h e s i sa n da p p l i c a t i o n si nc e l l i m m u n o - - l a b e l i n go ff e 3 0 4 c d t e n a n o c o m p o s i t e s b ys u np a n s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rx us h u k u n n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y j u n e2 0 0 9 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取 得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰 写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明 并表示谢意。 学位论文作者签名：占卜岍， 日 期：加c 司p 琴 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位 论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后： 半年刚一年口一年半口两年口 学位论文作者签名：易l 鼢 签字日期：加9 叼，o7 7 - 一，。 导师签名： 签字日期： 乏孔叶 抽f ，7 t 多 东北大学硕士学位论文 摘要 f e 3 0 4 c d t e 复合纳米粒子的制备及在荧光免疫标记中的应用 摘要 与传统的有机荧光染料相比，量子点的激发光谱宽而连续，发射光谱窄且对称， 发射波长可以通过控制粒径大小和组成来调谐。量子点以其优越的光学性能，迅速 成为人们关注的热点。而磁性纳米材料由于具有外加磁场可控制的优点，在细胞分 离和靶向给药方面得到了广泛的应用。由于f e 3 0 4 合成方法简单，且成本较低，成 为应用最广泛的磁性纳米材料之一。目前，越来越多的研究致力于将二者有机的结 合，合成兼具磁性和荧光的多功能复合纳米粒子，但是未见关于用巯基键合法合成 f e 3 0 4 c d t e 的报道。本论文采用锍基键合作用合成兼具磁性和荧光的f e 3 0 4 c d t e 核 壳型复合纳米粒子，并将其作为探针，对h e l a 细胞进行荧光免疫标记。具体研究 内容如下： 首先，以改进的化学共沉淀法合成p e g 4 0 0 0 ( 聚乙二醇4 0 0 0 ) 修饰的f e 3 0 4 磁 性纳米粒子，并通过柠檬酸对其进行表面改性，改性后的f e 3 0 4 单分散性更好；利 用f 硅酸四乙酯( t e o s ) 及3 筑基丙基三甲氧基硅烷( m p s ) 的水解，将f e 3 0 4 磁性纳米粒子功能化，使其富含能与c d t eq d s 链接的巯基。对功能化的f e 3 0 4 磁性 纳米粒子进行了红外，x 射线衍射，透射电镜和磁性等表征，结果令人满意。 其次，以水热法合成毓基乙酸( t g a ) 稳定的c d t e 量子点，然后将其与功能化 的f e 3 0 4 磁性纳米粒子通过巯基键合作用链接，进而合成兼具磁性和荧光的 f e 3 0 4 c d t e 复合纳米粒子。通过对复合纳米粒子的合成条件进行优化，得到最优反 应条件为：键合反应时问t = 5 0 6 0h ，p h1 1 0 ，f e 3 0 4 与c d t e 配比为1 ：o 7 7 ，反 应温度为窀温。对复合纳米粒子进行红外，x 射线衍射，透射电镜和磁性等表征， 结果令人满意。 最后，将f e 3 0 4 c d t e 复合纳米粒子与b s a 链接，以证明f e 3 0 4 c d t e 表面的羧 基是具有化学活性的；然后将复合纳米粒子经活化后与兔抗人c e a c a m 8 ( c d 6 7 ) 抗体链接，并对宫颈癌细胞( h e l a 细胞) 进行荧光免疫标记，同时对非特异性吸附 问题进行研究。研究结果表明，f e 3 0 4 c d t e 复合纳米粒子克服了磁性纳米粒子只能 靶向不能示踪的缺点，为进行靶向给药的研究做了前期铺挚。 关键词：c d t e ；f e 3 0 4 ；磁性荧光复合；b s a ；h e l a 细胞；荧光免疫标记 j 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h es y n t h e s i sa n d a p p l i c a t i o n si nc e l l i m m u n o - l a b e l i n go ff e 3 0 4 c d t e n a n o c o m p o s i t e s a bs t r a c t c o m p a r e dw i t ht h et r a d i t i o n a lo r g a n i cd y e s ，q d sh a v eb r o a de x c i t a t i o ns p e c t r a ， n a r r o we m i s s i o nb a n d w i d t h sa n dt u n a b l es i z e d e p e n d e n te m i s s i o n d u et ot h e i ru n i q u e o p t i c a lp r o p e r t i e s ，q d sh a v ea t t r a c t e dm u c ha t t e n t i o nr e c e n t l y m a g n e t i cn a n o p a r t i c l e s ( m n p s ) h a v eb e e na p p l i e d i n c e l ls e p a r a t i o na n dd r u gt a r g a t i n gd u et ot h eu n i q u e m a g n e t i cp r o p e r t i e s i r o n p r o m i n e n tc l a s so fm n p s n o w a d a y s ，a ni n c r e a s i n g o x i d en a n o p a r t i c l e se s p e c i a l l ym a g n e t i t e ( f e 3 0 4 ) a r et h e d u et ot h el o wc o s ta n dt h es i m p l es y n t h e s i z i n gm e t h o d n u m b e ro fr e s e a r c h e sc o n c e r n e da b o u tc o n b i n i n gt h et w o c l a s s e so f n a n o p a r t i c l e s t o g e t h e r i n s y n t h e s i z i n gm a g n e t i c a n df l u o r e s c e n t m u l t i f u n c t i o n a ln a n o c o m p o s i t e s s of a rn or e s e a r c h a b o u ts y n t h e s i z i n gf e 3 0 4 c d t e m a g n e t i c n u o r e s c e n tn a n o c o m p o s i t e sv i at h i o lc o o r d i n a t i o nw a sr e p o r t e d i nt h i sw o r k ， t h e s y n t h e s i sm e t h o df o ran e wk i n d o fw a t e r - s o l u b l em a g n e t i ca n df l u o r e s c e n t n a n o c o m p o s i t e sc o m b i n i n gt h i o g l y c o l i ca c i d ( t g a ) s t a b i l i z e dc d t eq d s a n df e 3 0 4v i a t h i o lc o o r d i n a t i o nw a sd e v e l o p e d a n dt h en a n o p a r t i c l e sw e r ec o m b i n e dw i t hr a b b i t a n t i c e a c a m 8a n t i b o d yt o1 a b e lh e l ac e l l s t h em a i nc o n t e n t sa r ea sf o l l o w s ： f i r s to fa l l ，t h ep e g 4 0 0 0s t a b l i z e df e 3 0 4m a g n e t i cn a n o p a r t i c l e sw e r es y n t h e s i z e d b yam o d i f i e dc o p r e c i p i t a t i o nm e t h o d t h e n t h ea s - p r e p a r e df e 3 0 4w a sm o d i f i e db yc i t r i c a c i di no r d e rt og e tb e t t e rd i p e r s e di nw a t e r t h ef e 3 0 4 - c o o hm a g n e t i cn a n o p a r t i c l e s w e r e f i r s t l y c o a t e dw i t hs i l i c as h e l l sb ys t o b e rm e t h o d ，t h e n t h ef e 3 0 4 s i 0 2 n a n o p a r t i c l e sw e r ef u n c t i o n a l i z e dw i t ht h i o lg r o u p st h r o u g ht h es o l g e l m e t h o d i n f r a r e d s p e c t r a ，t r a n s m i s s i o ne l e c t r o nm i c r o s c o p y ( t e m ) a n dh y s t e r e s i sl o o p s e ta lw e r eu s e dt o c h a r a c t e r i z et h ef u n c t i o n a l i z e dm a g n e t i cn a n o p a r t i c l e s ，a n dt h er e s u l t sw e r es a t i s f i e d a f t e r w a r d s ，t g as t a b i l i z e dc d t eq d s w a ss y n t h e s i z e db yt h eh y d r o t h e r m a lm e t h o d t h ef u n c t i o n a l i z e df e 3 0 4m a g n e t i cn a n o p a r t i c l e sa n dc d t eq d sw e r ec o m b i n e dt h r o u g h c o o r d i n a t i o n s t h eo p t i m i z e dr e a c t i o nc o n d i t i o n sw e r ea sf o l l o w s ：t h em i x t u r ew i t ht h e m o l a rr a t i oo f1 ：o 7 7 ( f e 3 0 4 s i 0 2 ：c d t e ) ，w i t ht h ep hv a l u ea d j u s t e dt o11 0 ，w e r e s t i r r e df o r5 0 6 0hu n d e rr o o mt e m p e r a t u r e i n f r a r e ds p e c t r a ，t r a n s m i s s i o ne l e c t r o n v 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t m i c r o s c o p y , f l u o r e s c e n ts p e c t r a ，a b s o r b a n c es p e c t r aa n dh y s t e r e s i sl o o p se ta lw e r eu s e d t oc h a r a c t e r i z et h em u l t i f u n c t i o n a ln a n o c o m p o s i t e s ，a n dt h er e s u l t sw e r es a t i s f i e d a d d i t i o n a l l y , t h ec a r b o x y lg r o u p so nt h es u r f a c eo ff e 3 0 4 c d t en a n o c o m p o s i t e s w e r e c h e m i c a l l y r e a c t i v ec o m f i r m e d b yc o m b i n n i g t h e a s p r e p a r e df e 3 0 4 c d t e n a n o c o m p o s i t e sa n db s at o g e t h e r t h e nt h ea c t i v a t e df e a 0 4 c d t en a n o c o m p o s i t e sw e r e l i n k e dw i t hr a b b i ta n t i c e a c a m 8a n t i b o d yt ol a b e lh e l ac e l l s i no r d e rt oi n v e s t i g a t e d t h en o n - s p e c i a l i t i e s ，f e s 0 4 c d t en a n o c o m p o s i t e sw e r ea l s oi n c u b a t e dw i t hh e l ac e l l s d i r e c t l ya sac o n t r o le x p e r i m e n t b r i e f l y , t h e r ea r ep o t e n t i a la p p l i c a t i o n sf o rt h en e wn a n o c o m p o s i t e so ff e 3 0 4 c d t e i nd r u gd e l i v e r ya n dt r a c i n gd u et ot h er e a c t i v ec a r b o x y lg r o u p so nt h es u r f a c eo ft h e p a r t i c l e sa n dt h ec o m b i n a t i o no fm a g n e t i s ma n df l u o r e s c e n c e k e yw o r d s ：c d t e ；f e 3 0 4 ；m a g n e t i c f l u o r e s c e n tn a n o c o m p o s i t e s ；b s a ；h e l ac e l l s ， i m m u n o l a b e l i n g v i 东北大学硕士学位论文 目录 独创性声明 摘要 a b s t r a c t v 缩写表 第1 章绪论l 1 1 纳米材料1 1 2 荧光量子点2 1 2 1 量子点的性质2 1 2 2 量子点的制备方法3 1 2 3 量子点的应用4 1 3 磁性纳米材料7 1 3 1 纳米f e 3 0 4 的制备7 1 3 2 纳米f e 3 0 4 的表面修饰l o 1 3 3 磁性纳米材料的应用1 0 1 4 磁性荧光复合纳米材料1 2 1 4 1 有机染料与磁性纳米材料复合的纳米材料1 2 1 4 2 量子点与磁性纳米材料复合的纳米材料1 3 1 5 本项研究选题的意义和思路1 5 第2 章功能化f e 3 0 4 磁性纳米粒子的制备及表征1 7 2 1 引一言17 2 2 实验部分17 2 2 1 仪器与试剂1 7 2 2 2 实验方法l8 2 3 结果与讨论1 9 2 3 1z e t a 电位表征1 9 v i i 东北大学硕士学位论文 目录 2 3 2 红外表征2 1 2 3 3x r d 表征2 3 2 3 4t e m 表征2 4 2 3 5 磁性表征2 5 2 4 小结2 6 第3 章f e 3 0 4 c d t e 复合纳米粒子的制备及表征2 7 3 1 引言2 7 3 2 实验部分2 7 3 2 1 仪器与试剂2 7 3 2 2 实验方法2 8 3 3 结果与讨论2 8 3 3 1 复合纳米粒子的制备原理2 8 3 3 2 复合纳米粒子的光谱性质2 9 3 3 3 复合纳米粒子合成条件的优化3 1 3 3 4 复合纳米粒子的表征3 5 3 4 小结3 8 第4 章复合纳米粒子在荧光免疫标记中的应用4 1 4 1 引言4 l 4 2 实验部分4 l 4 2 1 仪器与试剂4 l 4 2 2 实验方法4 2 4 3 结果与讨论4 3 4 3 1f e 3 0 4 c d t e 磁性荧光复合纳米粒子的光谱性质4 3 4 3 2f e 3 0 4 c d t e 磁性荧光复合纳米粒子与b s a 作用4 3 4 3 3f e 3 0 4 c d t e 磁性荧光复合纳米粒子与抗体作用4 6 4 3 4f e 3 0 4 c d t e 磁性荧光复合纳米粒子标记h e l a 细胞4 7 4 4 小结4 9 第5 章结论5 1 v i i i 东北大学硕士学位论文 目录 参考文献5 3 致谢6 3 攻读硕士学位期间发表的论文6 5 i x 东北大学硕士学位论文 缩写表 q d s t o p t o p o n h s t g a m p a m p s t e o s p e g t e m x r d f r e t m n p s m s b s a d b s a d a p i f i t c p l q y c d 6 7 e d c g s h h e l ac e l l p a a 缩写表 量子点 三辛基膦 三辛基氧膦 n 一羟基琥珀酰亚胺 巯基乙酸 巯基丙酸 3 毓基丙基三甲氧基硅烷 正硅酸四乙酯 聚乙二醇 透射电镜 x 射线衍射仪 荧光共振能量转移 磁性纳米粒子 饱和磁化强度 牛血清白蛋白 变性后的牛血清白蛋白 茚二酮 异硫氰酸荧光素 荧光量子产率 兔抗人c e a c a m 8 抗体 1 乙基3 ( 3 二甲基氨基丙基) 碳 化二亚胺盐酸盐 谷胱甘肽 宫颈痛细胞 聚丙烯酸 x i 东北大学硕士学位论文第l 章绪论 第1 章绪论 纳米科学技术是于2 0 世纪8 0 年代末期诞生的目前正蓬勃发展的前沿科技，指 在纳米水平上对原子或分子进行的操作并控制其构造，从而发现物质的新性质，进 而开发其新功能的技术。从这个角度看，纳米材料的开发及其应用无疑在纳米科技 中处于核心地位。 1 1 纳米材料 纳米级结构材料简称为纳米材料( n a n om a t e r i a l ) ，是指其结构单元的尺寸介于 1 1 0 0n m 范围之间。由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，因为强相干所带来的 自组装使得性质发生很大变化。并且，其尺度已接近光的波长，加上其具有大表面 的特殊效应，因此所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等， 往往不同于该物质在体相状态时所表现的性质。 纳米粒子异于体相材料的理由是其表面积相对增大，也就是超微粒子的表面布 满了阶梯状结构，此结构代表具有高表面能的不安定原子。这类原子极易与外来原 子吸附键合，同时因粒径缩小而提供大表面的活性原子。 广义的纳米材料包括零维的纳米粒子，即尺寸为纳米量级的超细微粒；一维的 纳米线，线的粗细为纳米量级；二维的纳米薄膜和超晶格等，其在某一维度上的尺 寸是纳米量级；三维纳米材料，即指纳米块体。 由于纳米材料尺寸较小，因此具有不同于大颗粒的表面与界面效应、小尺寸效 应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等性质。 表面与界面效应是指纳米晶体颗粒表面原子数与总原子数之比随颗粒粒径减小 而急剧增大后引起的性质变化。由于纳米粒子表面原子数增多，表面的原子配位数 不足，且表面能较高，使这些原子极易与其他原子相结合而稳定下来，因此纳米粒 子有很高的化学活性。 小尺寸效应是指当颗粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长 度等物理特征尺寸相当或是更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏，非晶态的表 面层附近的原子密度减小，导致声、光、电、磁、热、力学等特性呈现新的物理性 质的变化。 量子尺寸效应是指当粒子的尺寸达到纳米量级时，费米能级附近的电子能级由 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 连续态分裂成分立能级的现象。当能级之间距离大于热能、磁能、静电能、静磁能、 光子能或超导态的凝聚能时，即会出现纳米材料的量子尺寸效应，使纳米材料的磁、 光、声、热、电、超导电性能发生变化。 微观粒子具有贯穿势垒的能力叫做隧道效应。纳米粒子的磁化强度等也具有隧 道效应，他们可以穿过宏观系统的势垒而产生变化，这种现象即被称作纳米量子点 的宏观量子隧道效应。 纳米技术在世界各国尚处于萌芽或发展阶段，美、日、德等少数国家，虽然已 经初具基础，但是尚在研究之中，新理论和技术的出现仍然方兴未艾。我国已努力 赶上先进国家水平，研究队伍也在日渐壮大。 1 2 荧光量子点 1 2 1 量子点的性质 半导体量子点，简称量子点( q u a n t u md o t s ) ，是将材料的尺寸在三维空间内进 行约束，并达到一定的临界尺寸后，材料的行为将具有量子特性，其结构和性质也 随之发生从宏观到微观的改变【l 】。量子点( q d s ) 即半径小于或接近于激子玻尔半 径的半导体纳米晶粒，一般粒径范围在2 2 0n m ，是纳米尺寸原子和分子的集合体， 一般由i i 族或i i i v 族元素组成【2 j 。 1 9 9 8 年n i e 3 j 小组和a l i v i s a t o s 4 j 小组同时在s c i e n c e 上发表其研究成果，首次提 出荧光量子点在生物标记方面优子荧光染料的思想，由此拉开了荧光量子点生物应 用研究的序幕。作为新型荧光标记物，荧光量子点具有以下优点：( 1 ) 激发光谱宽 而连续，发射光谱窄而对称，通常大约2 0d i n 左右，因此可以用同一波长来激发不 同颜色的量子点。而传统的有机染料激发光谱窄，而发射光谱较宽且不对称，并伴 有较严重的拖尾现象，因此进行多色标记时，有机染料较宽的发射峰会使信号重叠 而难以区分。( 2 ) 荧光稳定性好，抗光漂白能力强，尤其是核壳结构的量子点( 如 c d t e c d s ，c d s e c d s 等) ，其荧光稳定性及抗光漂白能力明显优于传统有机染料”西】。 因此，用量子点探针可以实现对某生物过程的长时间跟踪观察。( 3 ) 可以通过调整 量子点的尺寸得到发射不同颜色荧光的量子点，而且其组成和表面性质不发生改变， 这样即可以运用同样的链接方法实现多色标记【7 j 。而以有机染料进行多色标记时， 因其官能团不同，偶联方法不同，激发波长往往也不同，使操作过程变得复杂【8 】。 _ 2 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 1 2 2 量子点的制备方法 量子点在生命科学领域表现出广阔的应用前景，其前提条件就是制备出高荧光 性能的纳米量子点。从上世纪6 0 年代末开始至今，人们一直致力于制备尺寸均一、 分布均匀、粒径可控的量子点。如今，量子点的制备方法较多，大致可分为有机合 成法和无机合成法。 1 2 2 1 有机合成方法 早期的量子点一般都是在有机相中合成的，即将有机金属前躯体溶液注射到高 温的配体溶液中，前躯体在高温条件下迅速成核后，晶核缓慢生长成为纳米晶。1 9 9 3 年，b a w e n d i 等【9 】用( c h 3 ) 2 c d ( 二甲基镉) 和t o p s e ( 三辛基硒化膦) 作为母体， 将其依次注入到剧烈搅拌的温度为3 5 0 的t o p o ( 三辛基氧化磷) 溶液中，合成 了单分散性较好、荧光量子产率较高的c d s e 量子点。该方法合成出的量子点水溶 性较差，需进一步修饰后实现其水溶性和生物兼容性。但当将该量子点制成水溶性 时，其荧光产率大大下降。此后研究表明，量子点的荧光性质可以通过在其表面覆 盖另一种晶体结构相似、带隙更大的半导体材料，制得核一壳型纳米晶粒，使其表 面无辐射重组位点被钝化、减少激发缺陷，从而使光学性能得到很大改善，大大提 高其荧光产率【10 1 。1 9 9 6 年，h i n e s 等【1 1 】成功合成了z n s 包被的c d s e 核壳结构的量 子点，其荧光量子产率达到5 0 。 以上方法均采用二甲基镉 ( c h 3 ) 2 c d 为原料，但二甲基镉的毒性较大、易燃、 价格昂贵、室温下稳定性差、温度较高时产生的气体容易发生爆炸，且当二甲基镉 注入热的三辛基氧化磷( t o p o ) 后，可能产生金属沉淀。这些缺点严重限制了该 方法的推广使用。后来大量的研究用氧化镉( c d o ) 代替二甲基镉，以绿色化学法 合成量子点【12 1 。r e i s i s 等1 3 】首先以c d o 为前体合成c d s e 量子点，然后以硬脂酸锌 为锌源，在c d s e 的表面包覆一层z n s e ，成功地合成出c d s e z n s e 核壳结构的量子 点，室温下其荧光量子产率高达8 5 。 1 2 2 2 无机合成方法 有机相中制备量子点的过程比较复杂，而且其产品的亲水性和生物兼容性较差， 在进行生物应用时还需做进一步的修饰，修饰过程较繁琐，最重要的是，修饰后的 量子点在水溶液中的发光效率和稳定性都会大大降低。因此，在水相中直接合成亲 水性和生物兼容性较好的量子点越来越受到关注【1 4 】。1 9 9 3 年，r a j h 等【博1 用硫酸镉 和无氧碲氢化钠作为前体，用3 巯基1 ，2 丙二醇作稳定剂，通过回流前体混合溶液 使纳米晶逐渐成核并生长，首次在水溶液中直接合成巯基甘油包覆的c d t e 量子点。 3 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 此后，以巯基羧酸做稳定剂直接在水相中合成量子点的方法迅速发展。z h a n g 等【1 6 】 用不同的巯基羧酸( 巯基乙酸、巯基丙酸) 做稳定剂，通过新制的碲氢化钠( n a h t e ) 与c d 2 + 之间的反应，制备出尺寸均一、量子产率较高的c d t e 量子点。p r i y a m 等【1 7 】 以l 半胱氨酸稳定剂，同样通过巯基与c d 2 + 之间的共价作用成功地合成了生物兼容 性更好、单分散的c d s 量子点。用同样的方法也可以在水溶液中合成出稳定的 c d s e 1 8 】量子点。 近年来，为了提高水相法合成量子点的荧光效率、缩短合成时间，人们进行了 较多关于水热法合成量子点的研究。水热合成法是指在特制的密闭反应器( 高压釜) 中，采用水或其它溶剂作为反应体系，通过将反应试剂加热至临界温度( 或接近临 界温度) ，在体系中产生高压环境，从而进行无机合成与材料制备的方法。 s a l a v a t i n i a s a r i 等【1 9 1 利用水热法成功合成了t g a 稳定的c d s 纳米晶。j i a n g 等利 用相近的水热法合成出生物兼容性更好的以谷胱甘肽( g s h ) 稳定的c d s 量子点， 并成功地检测b s a 。y a n g 等【2 1 】用水热法合成了半胱胺稳定、量子产率高达1 9 7 的 c d t e 量子点。到目前为止，较多的研究都致力于将生物小分子或巯基小分子通过巯 基与c d 2 + 之间较强的共价作用以实现对量子点的羧基或氨基修饰。2 0 0 7 年，w i l l i a m s 等【2 2 】用水热法合成出以柠檬酸修饰的c d s e 量子点，首次实现修饰小分子与量子点 之间的非巯基作用。随后，w a n g 等【2 3 】成功地合成了柠檬酸钠稳定的c d t e 纳米晶， 并探究了配体对量子点生长的影响，即配体能控制纳米晶的生长速度和量子点的荧 光量子产率。 纳米量子点的制备方法还有微波辅助加热法、电沉积法等，每种方法均表现出 本身的优缺点，根据实际条件和具体要求可以选择不同的方法进行制备。 1 2 3 量子点的应用 在生命科学和分析领域，荧光探针占有特别重要的位置。量子点做为一种新型 的荧光探针，在生命科学方面的应用已经成为人们关注的焦点，并且在分析科学中 的应用研究也已取得了重要的进展，如无机离子探针、生物分子探针、免疫标记成 像等等。 1 2 3 1 无机离子探针 近年来，量子点作为有效的无机离子探针，尤其是重金属离子探针，受到越来 越多的关注，得到迅速发展。l i 等【2 4 】和c h e n 等【2 5 】分别通过有机相法合成的c d s e 量子点与h 9 2 + 之间的荧光淬灭作用成功地实现了对h 9 2 + 的检测，但c u 2 + 和a g + 对其 4 一 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 检测有明显的干扰。x i a 等【2 6 】则通过t g a 稳定的c d t e 与b s a 链接后，有效排除了 c u 2 + 和a 矿等金属对h 9 2 + 测定的干扰。同时实验还对三种金属离子的淬灭机理进行 探讨，即c u 2 + 和a 矿能淬灭c d t e 量子点的荧光主要是因为c u 2 + 和a 矿能够与量子 点表面发生键合作用，促进其无辐射跃迁，使c d t e 量子点发生明显的淬灭作用； 而h 9 2 + 与配体巯基乙酸之间的电荷转移是它能淬灭c d t e 量子点的主要原因。“等 【2 7 1 通过水热法合成了毓基乙酸修饰的c d t e 量子点和半胱氨酸稳定的c d t e 纳米棒， 并对z n 2 + 、c a 2 + 、m n 2 + 、m 9 2 + 、n i 2 + 、c 0 2 + 等二价金属离子进行检测，同时对比了 量子点与纳米棒对这几种二价金属离子的响应信号的区别，实验表明纳米棒对金属 离子有更敏锐的响应，更适合做离子探针。另外一种离子探针就是通过量子点表面 的配体与离子之间的静电作用实现链接后，使量子点的荧光强度改变，进而实现对 该离子的定量检测。如j i n 等【28 】通过有机相法合成c d s e 量子点与c n 。之间的静电作 用，实现了c n 。离子的定量检测。 1 2 3 2p h 探针 近来一些研究表明，量子点的荧光强度随介质p h 值的变化而发生明显变化， 即量子点的荧光强度与h + 的浓度有相关性【2 9 1 。z h a n g 等3 0 】首先提出水溶性量子点的 荧光强度与h + 浓度在一定范围内呈线性关系，即它具有发展成为p h 探针的潜能。 目前，酸度敏感的量子点荧光探针已经成功地应用到生物、医药等领域。h u a n g 等 【3 l 】用c d s e z n s 做p h 探针，以尿素酶做催化剂促进尿素水解产生h + ，通过检测h + 而间接检测尿素。之后，h u a n g 等【3 2 】又以同样的原理，通过葡萄糖氧化酶催化葡萄 糖水解而产生h + ，从而间接检测葡萄糖。该方法简单，快速，准确，提供了一种检 测葡萄糖的新方法。l i u 等【”】通过实验证明，s k o v - 3 人卵巢癌细胞内的巯基乙酸稳 定的c d s e z n s e z n s 量子点对p h 敏感，即该量子点可以成功地用做细胞内p h 探针。 w a n g 等【3 4 】首次用c d t e 量子点定量检测了药片中的酸性药物硫普罗宁的含量，该方 法与以往的方法比较，检出限和线性范围均有明显的改善。y u 等【35 】利用毓基丙酸 ( m p a ) 稳定的c d t e z n s 可作p h 敏感探针的特性，利用胰脂肪酶水解催化缩水甘 油丁酸脂水解产生h + ，通过量子点对h + 敏感而产生荧光响应信号，监测了猪胰腺 脂肪酶催化丁酸缩水甘油脂的水解过程。 1 2 3 3 蛋白质探针 蛋白质是生命的物质基础，没有蛋白质就没有生命，它是与生命及各种形式的 生命活动密切联系的物质。因此，蛋白质就成为生命科学中的重要研究对象。检测 蛋白质的传统方法为吸光光度法【36 | ，该法准确性好、精密度高、方法简便，但是灵 5 - 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 敏度不高，干扰也较大。近些年来，量子点作为蛋白质探针，受到了越来越多的关 注，得到越来越深入的研究。i d o w u 等【37 】以e d c 为活化剂，通过q d s 表面的羧基 与蛋白质上氨基酸残基之间的共价作用，将水溶性的c d t e 量子点与b s a 链接，通 过b s a 与其链接后荧光的增强与b s a 浓度的线性关系，定量检测b s a 。同时实验 还证实了b s a 使q d s 荧光强度明显增强的原因是b s a 能够明显地减少q d s 表面的 无辐射跃迁。y u 等【38 】以荧光特性更好、量子产率更高的c d t e c d s 量子点为蛋白质 探针，成功检测了b s a ，该方法简单、快速、准确、检出限较低、线性范围较宽。 w a n g 等【3 9 】对与b s a 共价链接后的t g a 稳定的c d t e 量子点的性质进行了研究，结 果表明二者链接后，q d s 的化学稳定性和荧光量子产率( p l q y ) 均有明显的提高， 可能的原因是，链接时二者在c d t e 的表面形成了结构为c d t e 。( d b s a ) 1 ；的壳，因 此，荧光强度明显增强并伴有蓝移现象。h u a 等【4 0 】首次以m p a 稳定的c d t e 量子点 为探针，将q d s 的荧光强度与卵白蛋白( o v a ) 浓度之间建立线性关系，定量检测 卵白蛋白。与传统的吸光光度法相比，该方法更加可靠。x i a o 等【4 i 】通过不同的光谱 技术对人血清白蛋白( h s a ) 与q d s 之间的作用机理进行了研究，研究表明，q d s 与h s a 作用后，形成了以静电作用为主的q d s h a s 复合体，而与q d s 链接后， h s a 的二级结构和三级结构均发生了明显的变化。 1 2 3 4 共振能量转移 当以q d s 做探针时，其他物质对其干扰较大，其选择性较差。如在进行无机离 子c n 。的检测时1 2 引，由于c n 与q d s 之间是通过静电引力而实现相互作用的，因此， 带负电的离子，如n 0 2 - 等均对c n 的的检测产生干扰；而在进行蛋白质检测时，由 于蛋白质与q d s 之间大都通过氨基与羧基之间的作用实现的，因此q d s 可以与大 多数的蛋白质和氨基酸进行共价链接，即他们会对蛋白质的测定产生明显的干扰。 而利用荧光共振能量转移恰恰能够解决非特异性的问题。荧光共振能量转移( f r e t ) 是一种非辐射能量跃迁，即通过分子问的偶极一偶极相互作用，将供体激发态能量 转移到受体激发态的过程。在此过程中，供体荧光强度降低，而受体可以发射更强 的自身特征荧光( 敏化荧光) 。y a n g 等1 4 2 】通过胰凝乳蛋白酶上的氨基酸残基与纳米 金、纳米a u a g 核壳结构、量子点上的羧基之间的共价键合作用，成功地在纳米金、 纳米a u a g 核壳结构和q d s 之间建立了荧光共振能量转移体系。t a n g 等【4 3 】通过葡 萄糖与b 环糊精之间的链接，在c d t e 量子点与纳米金( a u n p s ) 之间建立了荧光 共振能量转移，并通过葡萄糖与刀豆素之间的特异性结合，快速、准确的检测了葡 萄糖，且排除了蛋白质、无机离子的干扰。该方法与传统的吸光光度法和用纯q d s - 6 东北大学硕士学位论文 检测的方法比较，特异性更强。 1 2 3 5 荧光免疫标记 由于q d s 具有传统有机荧光不可比拟的抗光漂 子点发展的初期，它就被广泛应用到细胞荧光成像方面。首先以量子点做荧光标记 物的是美国的a l i v i s a t o s 小组【4 1 。他们利用表面硅烷化的c d s e z n s 量子点做为荧光 标记物，对小鼠的3 t 3 纤维原细胞进行了双色标记。y a n g 等】利用c d s e 量子点成 功的标记了宫颈癌细胞( h e l ac e l l s ) ，并通过对比直接标记与间接标记，减少了非 特异性吸附。进行细胞标记时，大都依据抗原抗体的特异性作用而实现的，而抗体 一般价格昂贵。s h a n 等【4 5 】用n h s 活化后的m p a 稳定的c d t e 量子点，与b s a 链接 后对c h o i r 细胞进行标记。z a m a n 等【4 6 】首次提出以单域抗体，对乳腺癌细胞 s k b r 3 和m d a m b 一4 6 8 进行细胞标记，解决了稳定性、团聚和成本高的问题。 1 3 磁性纳米材料 磁性是物质的基本性质，磁性材料是一种古老而用途十分广泛的功能材料。纳 米磁性材料是2 0 世纪7 0 年代后发展起来的一种很有前景的新型磁性材料。磁性纳 米材料的特性不同于常规的磁性材料，主要是由于与磁相关的特征物理长度恰好处 于纳米数量级，如磁单畴尺寸、超顺磁临界尺寸、交换作用长度以及电子平均自由 路径等。当磁性体的尺寸与这些特征物理长度相当