（分析化学专业论文）cdsecds量子点检测环境中的微囊藻毒素lr以及镉离子的研究.pdf

* 。v n 1 1， ， li i i i l i l l l l l ll 1 11 1 1 1 iii i1 1 1 1u i ! y 17 3 14 7 0 苏州大学学位论文使用授权声明 本人完全了解苏州大学关于收集、保存和使用学位论文的规定， 即：学位论文著作权归属苏州大学。本学位论文电子文档的内容和纸 质论文的内容相一致。苏州大学有权向国家图书馆、中国社科院文献 信息情报中心、中国科学技术信息研究所( 含万方数据电子出版社) 、 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社送交本学位论文的复印件和电子 文档，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存和汇编学位论文，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。 涉密论文口 本学位论文属 在年一月解密后适用本规定。 非涉密论文口 论文作者签名：丝绻 日 导师签名：豳l 期：2 0 l o 3 孑) 日期：圭生：! ：! l - c d s c c d s 量子点检测环境中的微囊藻毒素l r 以及镉离子的研究中文摘要 中文摘要 本论文利用量子点吸收光谱宽，发射光谱窄而对称，并且具有较高的荧光强 度和光稳定性等特点，建立了简单、快捷且廉价的检测环境中微囊藻毒素l r ( m c l r ) 以及镉离子的方法。 本论文主要包括以下三个方面的内容： 1 阐述课题的研究意义，介绍了量子点的性质、合成方法和应用：综述了环 境中的微囊藻毒素和镉离子的危害及其已有的检测方法。 2 m c l r 抗体经1 乙基3 ( 3 二甲基胺基丙基) 碳二亚胺盐酸盐 1 - e t h y l 3 一( 3 - d i m e t h y l l a m i n o p r o p y l ) c a r b o d i i m i d eh y d r o e h l o r i d e ，e d c 】活化后与c d s e c d s 量子点进行共价连接，获得的q d s m c l r 抗体生物共轭体在待测物m c l r 的作 用下发生荧光猝灭现象，荧光猝灭程度与m c l r 的浓度成线性关系。该方法操作 简单、检测速度快、检测限低达6 9 x 1 0 。1 1m o l l ，相对标准偏差r s d = i 1 。将该 方法应用于实际水样的分析，结果与高效液相法一致。 3 将牛血清蛋白( b s a ) 经n a b h 4 还原后修饰在c d s e c d s 表面，形成 d b s a q d s 。而d b s a q d s 在待测的c d 2 + 作用下发生荧光增强，且荧光增强程度与 c d 2 + 的浓度之间符合l a n g m u i r 公式。将此方法应用于大米、水果以及水中c d 2 + 的 检测，结果与原子吸收法相一致，且此方法简单、方便，检测限达到8 3 1 x g k g ，标 准偏差为2 7 。 关键词：量子点、荧光、微囊藻毒素l r 、镉离子、检测 作者：孟元华 指导老师：陶冠红 英文摘要c d s e c d s 量子点检测环境中的微囊藻毒索l r 以及镉离子的研究 s t u d i e so nt h ea p p l i c a t i o no fc d s e c d sq u a n t u md o t s o i le n v i r o n m e n t a l a n a l y s i s a b s t r a c t c o m p a l e dw i t hc o n v e n t i o n a lo r g a n i cf l u o r e s c e n td y e s ，q u a n t u md o t s ( q d s ) h a v e al o to fu n i q u eo p t i c a lp r o p e r t i e s ，w h i c hm a k et h e ma p p e a l i n g 嬲an e wc l a s so f f l u o r e s c e n tp r o b e s i nt h i s d i s s e r t a t i o n ，n e wm e t h o d sf o rt h ed e t e r m i n a t i o no f m i c r o c y s t i n l e u e i n e 二a r g i n i n e ( m c - l r ) a n dc a d m i u mi o n si nt h ee n v i r o n m e n ts a m p l e a l ed e v e l o p e db a s e do nt h ea q u e o u ss o l u b l ec d s e c d sc o r e - s h e l lt y p eq d s t h ed i s s e r t a t i o ni sd i v i d e di n t ot h r e es e e t i o n s i nt h ef i r s ts e c t i o n ，s t u d i e so nq u a n t u md o t sa l er e v i e w e d 谢t ht h ee m p h a s i so ni t s p r o p e r t i e s ，s y n t h e s i sa n da p p l i c a t i o n s t h em e t h o d sf o rt h ed e t e r m i n a t i o no fh a r m f u l m c l ra n dc a d m i u mi o n si nt h ee n v i r o n m e n tw e r ei n t r o d u c e d i nt h es e c o n ds e c t i o n ，an o v e lw a yt od e t e c tt h em c l rb yu s i n gt h ei d e n t i f i n g t e c h n o l o g yb a s e d o n q u a n t u m d o t so fc d s e c d s u n d e rac o n d i t i o no fe d c ( 1 - e t h y l - 3 一( 3 - d i m e t h y l l a m i n o p r o p y l ) c a r b o d i i m i d eh y d r o c h l o r i d e ) s o l u t i o n ，t h e m c l rw a sa c t i v a t e dt of o r mq d s m c - l ra n t i b o d yt h r o u g hm c - l r i sc o v a l e n t l i n k i n gt oq u a n t u md o t so fc d s e t h ef l u o r e s c e n c ei n t e n s i t yo ft h eq d s - m c l r a n t i b o d yw a sq u e n c h e di nt h ep r e s e n c eo fa n a l y t i c a lm c l r t h eo v e r a l lq u e n c h i n g p e r c e n t a g ea saf u n c t i o no fm c l rc o n c e n t r a t i o nm a t c h e dv e r yw e l l 、i 廿ll i n e a r i t y e q u a t i o n t h em e t h o di sp r e p o n d e r a n tf o ri t se a s yo p e r a t i o na n dq u i c kd e t e c t i o n a n da d e t e c t i o nl i m i to f6 9 xlo 1m o l lm c l rw a so b t a i n e d t h er e l a t i v es t a n d a r dd e v i a t i o n i s1 1 f o rt h ed e t e r m i n a t i o no f1 0u m o l lm c l r( n = 1 1 ) i nt h en l i r ds e c t i o n ，d b s aw a so b t a i n e db yc h e m i c a l l yt r e a t i n gb s a 谢mn a b h 4 t h e n ，t h ed b s aw a sc o u p l e dt oc d s e c d sc o r e s h e l lq d s ，f o r m i n gt h ed b s a - c o a t e d q d sb i o c o n j u g a t e s t h ed b s a - c o a t e dq d sb i o c o n j u g a t e sw e r es e n s i t i v et oc d 计o v e r o t h e rm e t a li o n s ，s u c ha sa g + ，c u 2 + ，a i ”，c a + ，m 矿+ t h ed b s a c o a t e dq d s b i o c o n j u g a t e sw e r eu s e dt od e t e c tc d 2 + w i t had e t e c t i o nl i m i to f8 3 9 9 k ga n dar e l a t i v e m a n d a l dd e v i a t i o no f2 7 i tw a sf o u n dt h a tt h ee n h a n c e dl u m i n e s c e n c ei n t e n s i t yo f t h ed b s a - c o a t e dq d sb i o c o n j u g a t e si nac o n c e n t r a t i o no fc d 2 + d e p e n d e n c ei sb e s t t l c d s e c d s 量子点检测环境中的微囊藻毒素- l r 以及镉离子的研究英文摘要 d e s c r i b e db yal a n g m u i rb i n d i n gi s o t h e r me q u a t i o n t h em e t h o d ，w h i c hw a ss i m p l e r a p i da n dl o w - c o s t ，c o u l db eu s e dt od e t e c tr e a ls a m p l e s k e y w o r d s ：q u a n m md o t s ；f l u o r e s c e n c e ；m c - l r ；c a d m i u m ；d e t e r m i n a t i o n i i i w r i t t e nb yy u a n h u am e n g s u p e r v i s e db yp r o f g u a n h o n gt a o 目录 第一章绪论1 1 1 引言一1 1 2 半导体量子点的概述l 1 2 1 半导体量子点的性质1 1 2 2 量子点的制备及修饰3 1 3 量子点的应用6 1 3 1 量子点用作多组分测定6 1 3 2 量子点用作生物探针的荧光标记6 1 3 3 量子点在活体动物及病理学中的应用7 1 3 4 量子点在无机离子测定中的应用8 1 4 藻毒素的研究现状9 1 4 1 藻毒素的化学结构及性质9 1 4 2 微囊藻毒素生物毒性1 0 1 4 3 微囊藻毒素的检测1 0 1 5 镉离子污染的研究1 4 1 6 本论文的研究目的和内容16 参考文献1 7 第二章量子点c d s e c d s 微囊藻毒素一l r 抗体生物共轭体检测微囊藻毒素l r2 2 2 1 引言2 2 2 2 实验部分”2 3 2 2 1 试剂及方法2 3 2 2 2 实验仪器：2 3 2 2 3c d s e c d s 量子点的合成与修饰2 3 2 2 4q d s - m c - l r 抗体的制备“2 3 2 2 5 光学检测及检测条件的优化2 4 2 2 6 样品分析2 4 2 3 结果与讨论2 4 2 3 1 量子点的合成与修饰2 4 2 3 2q d s 连接m c l r 抗体前后光学性质的变化2 5 2 3 3p h 对q d s m c l r 抗体荧光猝灭的影响2 7 2 3 4 离子强度对q d s - m c l r 抗体荧光猝灭的影响2 8 2 3 。5 反应时间对q d s m c l r 抗体荧光猝灭的影响2 9 2 3 6 温度对q d s - m c l r 抗体荧光猝灭的影响3 0 2 3 7 通过q d s m c l r 抗体检测m c l r 3l 2 3 8 荧光猝灭的机理3 2 2 3 9 共存物的干扰3 3 2 3 1 0 实际样品分析3 4 2 4 结论3 4 参考文献“3 5 第三章d b s a c d s e c d s 检测环境中的镉离子”3 6 3 1 引言3 6 3 2 实验部分3 6 3 2 1 主要试剂及方法”3 6 3 2 2 实验仪器3 7 3 2 3d b s a q d s 的制备3 7 3 2 4 光学检测及检测c d 2 + 的条件优化3 7 3 2 5 实际样品分析3 7 3 3 结果与讨论3 7 3 3 1q d s 连接d b s a q d s 抗体前后光学性质的变化3 7 3 3 2 影响d b s a q d s 检测c d 2 + 的因素3 9 3 3 3d b s a q d s 检测c d 2 + 以及其机理的研究”4 2 3 3 4 实际样品的分析”4 4 3 4 刀、结4 4 参考文献4 5 已发表的论文4 7 致 射一4 8 c d s e c d s 量子点检测环境中的微囊藻毒素l r 以及镉离子的研究第一章 1 1 引言 第一章绪论 随着人类基因组计划的完成，分子生物学、细胞生物学、蛋白质学要求对细 胞亚区、结构及其相互作用进行动力学分析，而荧光图像技术是进行这方面研究 的重要手段。免疫荧光分析法中经常采用的传统发色团有罗丹明6 g 以及其他有机 染料分子，但这类试剂易猝灭，激发光谱窄，很难同时激发多种组分。另外，其 发射光谱宽，分布不对称，使得不同颜色的染料试剂的光谱容易互相重叠，以致 难以进行多颜色标记。荧光蛋白可以克服上述困难，但须使用基因工程技术制备 多种融合的蛋白质粒子，实验难度相当大，非一般实验室所能完成的。因此，发 展发光强度强、灵敏度高的发光试剂用于生物分子的检测，已成为分析化学研究 的热点内容之一【l 】。近年来，新出现的半导体纳米晶体量子点( q u a n t u md o t s 或简 称q d s ) ，以其独特的电学和光学性质引起了人们极大的兴趣。 量子点即半径小于或接近于激子玻尔半径的半导体纳米晶粒，它是一种由 i i v i 族( 第二副族和第六主族) 或i i i v ( 第三副族和第五主族) 族元素组成的纳 米颗粒，在三维方向的尺寸都在纳米范围口。3 1 。从2 0 世纪7 0 年代末起，量子点就引 起了物理学家、化学家、电子工程学家的广泛关注。但在开始2 0 多年的时间里， 人们把注意力主要集中在光电研究方面。直至1 1 9 9 8 年c h a n 和n i e t 4 1 及b r u c h e z t 5 1 等首 次利用硒化镉硫化锌( c d s e z n s ) 和硒化镉硫化镉( c d s e c d s ) 量子点成功地标 记了h e l a 细胞和3 t 3 成纤维细胞。此后量子点细胞显像越来越受到重视，并且广泛 应用于生物大分子的荧光分析。现在量子点在测定核酸( 如d n a ) 、酶、蛋白质 等生物大分子以及对细胞的分析已取得了很大的成就【6 。2 0 1 。 1 2 半导体量子点的概述 1 2 1 半导体量子点的性质 半导体量子点因其独特的发光性质而备受关注。量子点表面粗糙，直径介于 1 1 2 n m 之间，是由相对小数目的原子或分子组成的原子簇。由于光谱禁阻的影响， 当这些半导体纳米晶体的直径小于其玻尔直径( 一般小于1 0 n m ) 时，就会表现出 1 第一章c d s e c d s 量子点检测环境中的微囊藻毒索- l r 以及镉离子的研究 特殊的理化和光谱性质。量子点的特殊结构导致了它具有量子限域效应，量子尺 寸效应，小尺寸效应，表面效应以及宏观的量子隧道效应。 半导体纳米微粒的粒径小于激子玻尔半径时，电子的平均自由程度受小粒径 的限制，局限在很小的范围，空穴很容易与它形成激子，引起电子和空穴波函数 的重叠，这就很容易产生激子吸收带。随着粒径的减小，重叠因子( 在某处同时 发现电子和空穴的概率) 增加，则激子的振子强度增加。因为单位体积微晶的振 子强度决定了材料的吸收系数，粒径越小，重叠因子越大，单位体积微晶的振子 强度也越大，则激子带的吸收系数随粒径下降而增加，即出现激子增强吸收蓝移， 这就称作量子限域效应。 当半导体量子点的颗粒尺寸与其激子的波尔半径相近时，随着尺寸的减小， 其载流子( 电子，空穴) 的运动将受限，导致动能的增加，原来连续的能带结构 变成准分立的类分子能级，并且由于动能的增加而使得半导体颗粒的有效带隙( 禁 带宽度通常称为带隙) 增加，其相应的吸收光谱和荧光光谱发生蓝移，而且尺寸 越小，蓝移幅度越大，这就是所谓的量子尺寸效应。 当超细微粒的尺寸与光波波长、德布罗意波的波长以及超导态的相干长度或 透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏；非晶 态纳米微粒的颗粒表面附近原子密度减少，导致声、光、电、磁、热、力学等特 性呈现新的小尺寸效应。 纳米微粒尺寸小，表面能高，位于表面的原子占相当大的比例。以c d s e 量子 点为例，随着粒径的减小，表面原子数迅速增加。这是由于粒径小，表面原子数 急剧变大所致。这样高的比表面积使处于表面的原子数越来越多，同时，表面能 迅速增加。由于表面原子数增多，原子配位不足及高的表面能，使这些表面原子 具有高的活性，极不稳定，很容易与其他原子结合，即表面效应。 微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。近年来，人们发现一些宏观量， 例如微颗粒的磁化强度，量子相干器件中的磁通量等也具有隧道效应，称为宏观 的量子隧道效应。 量子点除了上述的性质外，它的光学特性比在荧光分析中经常采用的传统有 机染料如罗丹明6 g 【4 】具有明显的优越性： 第一，量子点的体积大小严格控制着它的光吸收和发射特征。不同粒径大小的 2 c d s e c d s 量子点检测环境中的微囊藻毒素l r 以及镉离子的研究第一章 量子点具有不同的颜色，激发量子点的激发波长范围很宽，且连续分布，所以可 以用同一波长的光激发不同大小的量子点；而每种染料的荧光需相应的激光加以 激发，要想获得多种颜色则需要用多种波长的光激发多种染料。 第二，被激发的量子点所发射的荧光光谱峰狭窄而对称，半峰宽( f w h m ) 通常只有2 0 ，- - - 3 0 n m 甚至更小，这样就允许同时使用不同光谱特征的量子点，而发 射光谱不出现交叠，使生物分子的多组分检测变得容易； 第三，量子点探针的荧光强度比最常用的罗丹明6 g 染料高2 0 倍，稳定性是它 的1 0 0 倍以上，它可以经受反复多次激发，而不像有机荧光染料那样容易发生荧光 猝灭，这为研究细胞中生物分子之间长期相互作用提供了有力工具。这些独特的 光学特性使量子点成为一种理想的荧光探针应用于分子生物学和生物工程学的超 灵敏、多色和多组分检测【2 l 】。 近年来，半导体量子点作为一种新型的荧光材料，被广泛运用于生物荧光探 针、生物芯片、激光器、光电子器件等领域，尤其在生命科学研究中起到了定性 和定量标识生物分子和细胞的作用【2 2 乏5 1 。 1 2 2 量子点的制备及修饰 有关量子点的制备方法很多，根据所采用反应体系的不同概括起来大致可分 为有机相中制备和水相中制备。制备过程中产物的形成可以分为快速成核和缓慢 生长过程两个步骤，其中生长过程经历奥斯特瓦斯特熟化过程，即：不稳定的小 晶体逐渐溶解，在较大的、更稳定的晶体上重结晶。 ( 1 ) 有机相体系中制备 早期的量子点是在有机体系中制备的，即用金属有机化合物在具有配位性质 的有机溶剂环境中生长纳米颗粒。 s t e i g e r w a l d 2 6 1 报道了将c d ( c h 3 ) 2 和( t m s ) 2 e ( t m s 为三甲基甲硅烷基； e = s ，s e ，t e ) 在不同溶剂中混合制备c d e 的方法，反应经历了脱烷基硅的过程。 m u r r a y 2 。7 】等用二甲基镉和三辛基硒化膦作前体，将其依次注入剧烈搅拌的 3 5 0 。c 的三辛基氧化膦( t r i o c t y l p h o s p h i n eo x i d e ，t o p o ) 溶液中，合成了高荧光产 率的c d s e 量子点，采用尺寸选择沉淀方法可得到单分散的c d s e 量子点。这种方法 较以前来说是一种突破，但单个的量子点颗粒容易受到杂质和晶格缺陷的影响， 荧光量子产率很低。后来人们发现，当把量子点制成核壳( c o r e s h e l l ) 结构后， 3 第一章 c d s c c d s 量子点检测环境中的微囊藻毒素- l r 以及镉离子的研究 可有效限域载流子，会大大提高其荧光产率。 a l i v i s a t o s 、h i n e s 等【2 8 。3 3 】将这种方法进行了改进并对产物的物理化学性质、晶 体的生长动力学和产物形状的演变机理、形状的控制等进行了深入研究。h i n e s 等 还报道合成了z n s 包覆的c d s e 量子点，其在室温下荧光产率可达5 0 。但上述方 法均采用二甲基镉为原料，二甲基镉毒性很大，易燃、昂贵、室温下不稳定，且 当其注入热的t o p o 后，可能产生金属沉淀，这些缺点限制了上述方法的推广。 近来，p e n g t 3 4 】等对传统的合成方法进行了改进。他们用c d o 代替c d ( c h 3 ) 2 ， 采用己基膦酸( h p a ) 或十四烷基膦酸( t d p a ) 厂r o p o 二组分溶剂合成i i - v iq d s 的方法。他们发现在热的t o p o 中，c d ( c h 3 ) 2 裂解会产生不溶的金属c d 沉淀， 在强的配体，女i h p a 或t d p a 存在，且m c d m h p a 或m t d p a i 时，c d ( c h 3 ) 2 立即转变为c d 2 h p a jt d p a 复合物，再注入t b p s e ( t b p 为三丁基膦) ，可以 生成高质量的c d s e 纳米晶粒。以c d o 为原料，在一定条件下还可与与s 、t e 的储 备液混合，一步合成了高荧光产率的c d s 、c d t e 量子点。该法克服了传统合成方法 中采用二甲基镉作原料的缺点，毒性小，操作简单，成本低且合成量子点的尺寸 分布小、荧光产率高，但所得的量子点仍然是油溶性的，不便于水溶性的生物体 系的应用。因此，水溶性量子点的合成变得越来越引人关注。 ( 2 ) 水相体系中制备 在水相中合成量子点与在有机相中合成量子点相比，具有操作简单、成本低、 量子点表面电荷和表面性质可控、很容易引入各种官能团分子等优良特性而变得 越来越热。近几年，大多数利用水溶性巯基试剂作稳定剂直接在水相合成量子点。 巯基试剂对量子点的稳定性及功能化起重要作用，不同巯基分子使量子点具有不同 表面结构，从而具有不同的发光效率。选择带有适当官能团的巯基化合物作稳定 剂，对于控制量子点的表面电荷及其它表面特征极其重要，尤其当我们需要水溶 性量子点做荧光标记时，稳定剂的选择就更为重要。 自1 9 9 6 壬l z r o g a c h p 5 】等报道采用水相法合成的巯基乙醇和硫甘油包覆的c d t e 量 子点具有较高发光效率以来，巯基稳定的量子点成为研究的热点。用巯基试剂稳 定量子点的制备、表面设计、表征及各种应用方面都取得了很大进展。 谢颖等【3 6 悃l 半胱氨酸( c y s ) 作为稳定剂，将其加入到2 氨基2 羟甲基1 ， 3 丙二醇盐酸缓冲液中，搅拌溶解后，再加入新配置的c d c l 2 水溶液，通氮气除氧。 4 c d s e c d s 量子点检测环境中的微囊藻毒素l r 以及镉离子的研究第一章 在快速搅拌下滴加新制备的n a h s e 醇溶液，滴毕，将溶液升温至5 0 ，在密闭反应 器中反应3 0 r a i n ，得到黄色透明水溶性c d s e c y s 纳米微粒体系。另外取n a 2 s 水溶液 和z n ( c h c 0 0 ) 2 的水溶液，在快速搅拌下交替滴加到所制的水溶性c d s c c y s 纳 米微粒体系中，温度控制在4 0 5 0 c 左右。滴毕，密闭反应器中反应1 h ，得到水 溶性c d s e z n s c y s 纳米微粒体系。 w u i s t e r l 3 7 1 等用不同的巯基羧酸，如m p a 和t g a 作稳定剂，通过n 扭t e 也得到 尺度较均一、具有较高量子效率的c d t e 量子点。他们发现羧基对巯基羧酸稳定c d t e 量子点的能力及其荧光强度的p h 依赖性有很大影响，在一定酸度范围内调节羧基 和c d 2 + 离子的比例，能有效提高c d t c 量子点的荧光效率。这是因为除巯基外，羧 基也能与c d t c 量子点表面的c d 2 + 作用形成复合物，改善其表面结构，使量子点的 荧光产率进一步增强。 汪乐余等 2 2 1 提出合成c d s 的新方法：在1 l 的三颈烧瓶中注, k 8 0 0 m l 去离子水， 然后加入4m lo 1m o l l 的c d ( c 1 0 4 ) 2 溶液，再加入4 m l0 1m o l l 六偏磷酸钠 溶液作为稳定剂。在剧烈的搅拌下，加入4 m l0 1m o l l 的n a 2 s 溶液，随后，将产 生的黄色溶胶调节p h 至中性，并利用旋转蒸发加以浓缩，得c d s 量子点，再在其 外修饰上巯基乙酸使之具有生物兼容性。 直接在水相合成量子点的方法操作简单，所用材料价格低、毒性小，标记生 物分子时不需要进行相转移，对量子点粒子表面性质影响小。虽然水溶液合成法 简便环保，但是相对有机合成法制备的量子点仍表现出一些结构和性能上的缺点， 例如：水相合成的量子点结晶不完善，表面电子陷阱较多，容易引发电子在能带 间的非辐射跃迁，从而降低荧光发光效率。因此，对水溶液中量子点溶胶进行适 当的修饰，以便于大幅提高样品的荧光性能变得备受关注。 ( 3 ) 量子点的修饰 单核量子点容易受到杂质和晶格缺陷的影响，荧光量子产率很低。但是当以 其为核心，用另一种半导体材料包覆，形成核壳结构的量子点后，就可将量子 产率提高到约5 0 ，甚至更高，并在消光系数上有数倍的增加，因而有很强的 荧光发射。 l i u 等【3 8 】曾报道在水溶液中合成了c d s e z n s 核壳型纳米晶，但c d s c 和z n s 晶格 常数之间的不匹配达7 ，因此在常温常压条件下想得到完整的z n s s b 延层是比较 5 第一章c d s e c d s 量子点检测环境中的微囊藻毒素- u l 以及镉离子的研究 困难的。c d s e 和c d s 的晶格常数不匹配值只有3 ，所以理论上讲c d s 更容易外延 生长在c d s e 颗粒表面上，因此他们着手研究c d s e c d s 核壳型q d s 的水相合成。 他们将稳定剂t g a 加入c d ( c 1 0 4 ) 2 6 h 2 0 溶液，通n 2 剧烈搅拌后，加入n a 2 s e s 0 3 溶液，加热一定时间，生成c d s e 纳米颗粒。为了在c d s e 表面覆盖一层c d s ，向 c d s e 溶胶中交替滴2 n c d ( c 1 0 4 ) 2 6 h 2 0 和n a 2 s 9 h 2 0 溶液，c d s 夕b 延层的厚度 可根据滴加总数来控制。这种方法能消除c d s e 颗粒表面的非辐射复合缺陷，使室 温带边发光增强，但溶胶浓度增加时，大多数纳米团簇会发生团聚。 近年来有不少文献报道了不同的修饰方法【3 9 4 3 】。修饰基团与量子点的结合一 般分为共价结合和非共价结合。理论上讲，共价结合要比非共价结合稳定得多， 但实际上能找到与量子点共价结合的修饰剂并不多。文献报道较多的是带有巯基 的修饰剂，但荧光增强只能达到一定水平。因此，更好的修饰方法有待我们进一 步去研究。 1 3 量子点的应用 1 3 1 量子点用作多组分测定 在分析工作中，我们的分析对象往往不是测定单组分样品，而是在有多种物 质干扰并存的情况下进行测定，因此我们必须进行分离处理，但分离不仅操作麻 烦，而且得到的效果有时并不令人满意。现在已有人将量子点应用于多组分测定， 即不经分离检测同一样品中的不同组分。 g o l d m a r l t 2 4 j x 组利用4 种不同颜色的量子点荧光试剂( 它们的最大发射波长分 别为5 1 0 ，5 5 5 ，5 9 0 和6 1 0 n m ) 对多复杂组分的毒素进行分析。他们合成生物无机 偶联物( c d s e z n s 抗体) ，在微量滴定板的单孔中同时测定了霍乱毒素、蓖麻蛋 白以及葡萄球菌肠毒素b 。这在多组分免疫检测领域是一大进步。 1 3 2 量子点用作生物探针的荧光标记 1 9 9 8 年c h a n 和n i e l 4 及b 九j c h e z 【5 1 等首次利用硒化镉硫化镉( c d s e z n s ) 和硒化 镉硫化锌( c d s e c d s ) 量子点成功地标记了h e l a 细胞和3 t 3 成纤维细胞。此后量 子点细胞显像越来越受到重视，并且广泛应用于生物大分子的荧光分析。 p a t h a k t 2 5 1 采用荧光原位杂交方法，用c d s e z n s 量子点标记的寡聚核苷酸探针 进行了染色体异常或突变的研究。可见，c d s e z n s 量子点用作生物探针的荧光标 6 c d s e c d s 量子点检测环境中的微囊藻毒素l r 以及镉离子的研究第一章 记是非常理想的：其稳定性好，连接于抗体蛋白质或d n a 等生物探针不损害它们 的生物活性；荧光杂质少；荧光量子产率高。 徐靖等洲以巯基丙酸( h s c h 2 c h 2 c o o h ) 为稳定剂，水相合成了核壳型 c d t c p c d s 量子点( q d s ) 。当固定波长差为2 4 0n l t l 时，c d t e p c d s 量子点的同步荧 光最大发射位于3 3 8n n l 。基于d n a 对量子点荧光的猝灭效应，将c d t e p c d s 量子点 作为荧光探针建立了一种简便快速测定d n a 的同步荧光分析法。详细研究了p h 值、 量子点浓度、离子强度、温度等条件对量子点同步荧光及d n a 测定的影响。该方 法测定c t d n a 的线性范同为5 0 0 , - - 7 5 0 0 g l ，检出限为1 6 g l ，9 次重复测定 5 0 0 m g l ，c t d n a 的相对标准偏差为2 o 。该方法用于合成样品的测定获得了令人 满意的结果。 李平等【4 5 】制备了聚乙烯吡咯烷酮( p v p ) 表面修饰的硫化镉( c d s ) 半导体纳 米晶体( 量子点) ，并将其修饰玻碳电极，用于血红蛋白( h e m o g l o b i n ，h b ) 的 电化学行为的研究。实验结果表明，血红蛋白在该修饰电极上有良好的电流响应， 流动注射分析结果进一步表明该修饰电极具有好的稳定性和重现性。在 1 0 x 1 0 。8 2 0 x 1 0 。5m o l l 浓度范围内，血红蛋白的浓度与其响应电流呈良好的线性 关系，线性相关系数为0 9 9 8 6 ，检出限为5 o x l o 。9m o f l 将该方法用于全血中血红 蛋白的测定，也获得了良好的结果。 1 3 3 量子点在活体动物及病理学中的应用 量子点不仅可用于体外实验，还可用于活体研究。2 0 0 2 年，a k e i m a n 等【4 6 】用可 减少网状内皮系统非特异性吞噬的p e g 包裹c d s e c d s 量子点后，分别与克标记肺 血管内皮细胞肿瘤组织血管或淋巴管肿瘤细胞的三种汰段结合后，在体外实验中， 证实这些分子可特异性的标记肺血管内皮细胞及m d a m b 一4 3 5 人乳腺癌细胞。 a k e i m a n 等将上述量子点经尾静脉注射，特异性的标记了裸鼠的肺血管和 m d a m b 4 3 5 人乳腺癌细胞异种移植肿瘤血管。 l i n g e r f e l t 等【4 7 】将量子点包覆在两性聚合物中制备了水溶性的c d s e z n s 量子 点，并将此量子点通过静脉注入活小鼠体内进行深层多光子成像。他们研究了皮 肤和脂肪这两种最具挑战性的组织内的多光子成像，通过对小鼠皮肤组织的成像 发现：含有量子点的脉管系统清晰可见，且量子点比常规荧光物质更能获得生物 样本的深层成像；对肌肉组织的成像可看至0 2 5 0 r t r n 深处的脉管结构，用7 8 0 n m 激 7 第一章c d s e c d s 量子点检测环境中的微囊藻毒素- l r 以及镉离子的研究 发光，肌肉细胞自身发蓝色荧光，血液中量子点发黄色荧光。尽管镉是有毒的， 但实验中所用小鼠并未表现出明显的中毒迹象，所以他们推测，在保护性聚合物 包覆层破坏前，量子点就从小鼠体内清除掉了。这是继a k e i m a n 等 4 6 】在小鼠体内用 量子点标记肺血管及肿瘤血管后的又一次动物体内量子点荧光显像。此研究在当 时引起了很大的轰动。 近年来，z h u 4 8 】小组描述了一种利用量子点光学特性进行活体细胞标记的新方 法。他们在量子点表面涂上一种抗体，这种抗体附着在前列腺肿瘤中的一种蛋白 质上。将这些量子点注射进患有前列腺癌的小鼠尾部后，它们便聚集在前列腺的 癌细胞上。再将这些小鼠暴露在光线下，它们体内的量子点便开始发光，从而指 示出至少由1 0 0 0 个细胞构成的肿瘤的位置和大小。这是量子点第一次在活体动物 中找到了目标细胞，并且显示出它们的位置。 目前，人们对量子点最大的兴趣是它可能在肿瘤早期诊断上的应用。直径在 l 1 0 n m 的超微粒子，恶性肿瘤细胞对其吞噬的能力远大于正常组织，而且肿瘤组 织血光通透性大，毛细血管扭曲扩张或产生隙漏，致使纳米粒子容易穿出血管而 滞留于肿瘤组织，因此可以利用这一原理对肿瘤进行显像。 当前，利用纳米粒子肿瘤显像有两种方法：一种是将磁性的纳米微粒或带有 特异性配体的纳米微粒注入体内用m 显像；还有一种是将纳米微粒或带有特异性 配体的纳米微粒用放射性同位素标记后，用发射型计算机断层扫描( e t c ) 或正电 子发射断层扫描( p e t ) 显像。而这对小于l c m 病症的定性诊断还有困难。因此， 要寻找一种诊断敏感和特异性高、对人体危害小、费用低的肿瘤显像技术就显得 十分重要。将量子点肿瘤标记物标记后，与荧光成像技术结合刚好符合这一原则， 所以量子点可能用于肿瘤早期的诊断及追踪转移性肿瘤 4 6 , 4 9 1 。 1 3 4 量子点在无机离子测定中的应用 量子点独特的物理、化学性质使其在生命科学、药物医学等方面应用取得了 巨大成就，并显示了不可比拟的优越性，但是在环境分析方面的研究，到目前为 止仅限于对铜离子【5 0 - 5 5 1 、银离子1 5 6 1 、汞离子f 5 7 1 、c n - 探针【5 8 1 、镉离子【5 9 】、尿素闻、 对氧磷【6 l 】的检测。 赖艳等【5 1 】以巯基乙醇为稳定剂，合成了具有特殊光学性质的水溶性c d s e c d s 量子点，用于铜离子的检测。体系的荧光强度与铜粒子的浓度呈线性关系，线性 8 c d s 们d s 量子点检测环境中的微囊藻毒素l r 以及镉离子的研究第一章 范围为4 1 5 2 4 8 8 z g l ，其线性回归方程为：x i = 1 9 7 8 + 1 2 7 c ( g l ) ，相关系数 r = 0 9 9 2 1 ，检出限为8 5 g l 。严拯宇等【6 0 】采用牛血清蛋白( b s a ) 修饰核壳式 c d s e c d s 量子点，在p h7 4 的缓冲溶液中，利用荧光猝灭检测中药饮片中的微量铜。 在6 0 x 1 0 0 x 1 0 。g m l 范围建立良好线性关系，相关系数g n o 9 9 8 9 ，检出限为 1 0 x 1 0 4 y g m l 。j i 掣6 1 1 采用亲水性基团取代疏水性基团，将油溶性的c d s e z n s 转 移到水相，然后通过阴阳离子共轭作用与有机磷水解酶形成生物共轭体，检测对 氧磷，报道了一种新型的生物传感器，来检测对氧磷农药，检出限可达至i j l 0 m o l l 。 h u a n g 笔f 1 6 0 】采用将尿素酶与量子点c d s e 乙n s 结合，通过检测荧光增强来检测尿素， 在0 0 1 10 0m m o l l 浓度范围建立线性关系。研究了一种简单、廉价、高适应性、 高灵敏度的检测尿素的方法。x i a 等【6 2 】采用巯基包裹的水溶性的c d t e 量子点检测银 离子，发现当银离子浓度较小时，荧光增强；随着银离子浓度的增大，量子点的 荧光开始猝灭。利用小浓度时的荧光增强现象，报道了第一次采用量子点高灵敏 的检测银离子的方法。l i 等【5 9 】采用l 肉毒碱( l c ) 包裹的c d s e z n s 水溶性的量子 点，检测常规无机离子n a + 、k ，、m g ”、ca ：2 + 、c d ：+ 、n i 2 + 、z n 2 + 、f e 2 + 、a 。g - i - 和p b 2 + ， 发现l c 包覆的量子点对镉离子较其他无机阳离子具有更高的灵敏度，检出限可以 到达0 1 5 m 。l i 等【6 3 1 将巯基乙醇包覆的c d t e 量子点与丁基罗丹明b 形成荧光共振 能转移体系，检澳j j - - 价汞离子，在0 0 6 2 5 - - 2 5 m 范围建立线性关系，最低检出限 为2 0 3r i m 。该方法被证明在水溶液中，很大范围内对二价汞离子具有高灵敏度和