生物相容的水溶性CdTe-CdS量子点的合成.doc

稳定的 生物相容的水溶性CdTe/CdS量子点的合成摘要：巯基乙酸（tga）是一种普遍的，用于水溶性量子点合成的带帽试剂，而二氢硫辛酸（dhla）则很少有研究。在这里我们提出了一种利用dhla合成水溶性cdte/cds量子点的具体方法。外壳cds和dhla稳定剂在纳米晶里不但提供了有效的电子束缚和空穴波作用而且提高了光化学稳定性。这是量子点在生物标记和医学诊断中很重要的性质。关键词：cdte/cdsdhla荧光量子点1 引言由于荧光半导体量子点（quantum dots，qds)具有良好的光学性质、较高的量子产率、尺寸依赖于发射波长和很好的稳定性等优点，因此取得了快速的发展1,2。半导体纳米晶体拥有多种用途，使它们适合于生物应用，比如活体细胞标记，活体成像以及医学诊断等3-7。决定荧光量子纳米晶体在实际运用的关键参数是：(i)荧光量子点的高效性；(ii)在实际操作条件下稳定的发光性质；(iii)在生物系统中纳米晶体的生物相容性和可溶性。所有这些问题涉及到纳米晶体表面悬空键合适的钝化作用。到目前为止，许多研究机构已经合成了ii-vi族半导体纳米晶体，特别是适于生物应用的水溶性半导体纳米晶体。cdte量子点是半导体纳米晶体中重要的一类。一方面，在水相中选择合适的稳定剂是一种重要的策略。把有机配位体覆在纳米晶体的表面上能提高纳米晶体的可溶性，一定条件下，还可以提高发光量子点的效率。cdte量子点的量子产率能够通过选择合适的配位体得到改善，比如tga（巯基乙酸），mpa（3-巯基丙酸），镉与带帽试剂摩尔比的优化也能提高量子产率8-9。另一方面，可以在核的表面通过外延增长一层壳来制备高质量的核壳量子点。这是一种消除表面悬空键的有效途径，同时还能改善纳米晶体的光谱性质7-9。然而，以前的研究只注重对量子点光谱性质的改善，而荧光量子点的稳定性和生物相容性却很少得到关注。最近几年，已有越来越多的论文研究讨论了细胞和纳米颗粒之间的相互作用10。对溶血性能的鉴定，是研究纳米粒子与血液的相互作用中最常见的试验之一1-3。溶血活性在很大程度上取决于纳米材料的表面环境（如形态，电荷，孔隙率）以及材料的组成。4-6在此研究中我们对不同生物相容性的cdte-tga和cdte/cds-dhla量子点与兔的血红细胞进行了溶血性测定。利用cdte量子点作为核模板而dhla作稳定剂，在100水溶液中通过简单的回流就可以成功地合成dhla稳定的cdte/cds量子点。2 实验部分2.1 实验试剂化学品：硫辛酸(ta,98%)，巯基乙酸(tga,95%)，硼氢化钠(96%)和碲粉（99.9），均购于sigma公司。硫代乙酰胺(taa,99%)和cdcl2购于上海化学试剂公司。所有的合成所用的水都是18.2 m/cm的超纯水。2.2 dhla合成根据文献107,108二氢硫辛酸dhla的可以通过还原硫辛酸ta合成。将nabh4(1.6010-3 mol)加入少量ta的碱性水溶液(10 ml的0.25 mol/l氢氧化钠溶液含1.5010-3 mol ta)中，将溶液强力搅拌混匀，冷却后在5下冷藏。2小时后，将此无色溶液酸化至ph=1。用20ml乙醚从该粗产品中萃取dhla三次。有机相用超纯水冲洗后再用无水硫酸镁干燥，在室温下减压除去溶剂。最后得到色谱纯的dhla（浅黄色液体）。回收率：90。2.3 碲化镉/硫化镉量子点的合成将40mg制好的cdte核样品溶解在50ml的ph值为9.5的含有2.0 mmol/lcdcl2和5.0 mmol/l dhla的溶液中。在空气气氛条件下把混合溶液加热到100，然后加入0.36 mmol硫代乙酰胺(taa)。通过控制不同的回流时间来得到不同尺寸的核壳量子点。此方法简单且容易进行大规模生产。反应溶液在不同时间间隔取出进行紫外和荧光测试。样品利用丙醇沉淀并在真空中干燥后进行xrd和xps测定。水溶性cdte/cds量子点溶液滴加到碳支持膜铜网上，使过量溶剂挥发后测定tem。2.4 溶血试验该方法是在文献11的基础上进行了改进，将新鲜的兔血注入到硅玻璃管中，用玻璃棒搅拌除去纤维蛋白原。用等量的ph=7.4的磷酸盐缓冲液(pbs)稀释后将混合溶液在2000rpm下离心十分钟，弃去上清液，将红细胞清洗直到上清液没有颜色为止。沉淀的红细胞再用pbs缓冲溶液(ph=7.4)配成2%的悬浮液，这两种tga稳定的cdte和dhla稳定的cdte/cds量子点通过异丙醇沉淀后再溶解进pbs缓冲溶液中分别进行溶血测定。溶血试验过程如下：取2 ml的红细胞悬浮液，分别加入0,40,80,120,160 and 200g/ml的量子点溶液和适量的磷酸盐缓冲溶液（总体积为4ml），在37摇床上培育3小时。溶液以2500 r/min转速离心分离10分钟后将上清液取出，在540 nm处测定吸光度值。3 结果和讨论3.1 cdte/cds量子点的合成和光学特性在这项研究中，我们选择稳定性好的dhla作稳定剂，在水相中合成cdte/cds量子点。虽然高荧光的cdte/cds量子点可以在水相中通过光照1025天或微波辐射合成7-9，但是这些方法成本高，反应时间长，为了克服这一缺陷，本文设计了一种快速简捷的途径，在水溶液中合成了高荧光量子产率的cdte/cds。首先，在空气中将cd2+、nahte和tga(cd2+/te/tga=4:1:8)混合物在100下回流制得cdte量子点，所制备的tga稳定的cdte量子点与异丙醇发生沉淀后，将上层清液倾去以移走多余的cd2+和tga；所得的cdte量子点沉淀再溶解于含cd2+和dhla碱性溶液中，此时多余的cd2+和dhla将占据cdte量子点表面的缺陷。然后将硫代乙酰胺（taa）加入到dhla稳定的cdte量子点溶液中，在100下回流10分钟到几个小时，分别获得各种尺寸的高质量的核壳型cdte/cds量子点。将硫代乙酰胺加入cdte量子点的水溶液后在100下进行回流，观察到溶液的激子吸收和荧光发射出现了红移。由于在反应溶液中有附着大量钙离子和硫离子的cdte纳米颗粒从taa中释放出来，而单个cds簇的激子吸收未能检测到，因此量子点尺寸的增加表明可能是在cdte核量子点的表面有cds壳形成，即核壳型cdte/cds量子点的形貌。随着回流时间的加长，一系列荧光发射波长的红移及溶液中量子点荧光量子产率的变化更为核壳型量子点的形成提供了证据。cdte/cds量子点荧光发射波长和荧光量子产率分别是551 nm 60%,552nm64%,554 nm 67%,556 nm 71%,557 nm 77%,558 nm 81%,564 nm 87%,567 nm 63%,and 571 nm 48%。回流7小时后，量子点的发射波长从548 nm增加到564 nm，此时荧光强度达到了峰值，荧光产量增大到87%。与cdte核的原溶液相比，新型核壳型量子点的荧光量子产率大大提高，回流7小时后增大了1.6倍。3.2 tem、xrd和xps的表征为了证实在水溶液中cdte核的表面形成了cds壳，利用x射线光电子能谱（xps）和粉末xrd对样品进行测量。同时，水溶性cdte/cds纳米晶可以通过透射电子显微镜（tem）进行表征。从它的xps能谱中可以看出cdte和cdte/cds量子点中存在cd3d、te3d和s2p能级。与cdte核量子点相比，在cdte/cds量子点的表面，硫的含量较高而碲的含量较低。x射线光电子能谱（xps）数据为cdte/cds量子点的形成提供了直接证据。3.3 h2o2氧化研究制备好的dhla稳定的核壳型量子点在一年多后仍表现出很好的溶胶性和光稳定性。为了进一步研究量子点的稳定性，本文研究了tga稳定的cdte和dhla稳定的cdte/cds量子点对h2o2的耐蚀性。在室温及相同的光密度为0.15的条件下，边搅拌边分别向2.0 ml的cdte和cdte/cds溶液中加入0.015 ml3%的h2o2水溶液，然后在不同侵蚀时间间隔下测定荧光光谱。因此，利用dhla作稳定剂，我们在水溶液中合成了不仅荧光强度高，而且稳定性也高的量子点。3.4 溶血实验红细胞与量子点的相互作用是量子点在活体应用中很重要的方面。溶血性质是量子点与红细胞相互作用和不相容性的一种重要指示。cdte-tga和cdte/cds-dhla量子点的溶血特性。在该实验方案里，量子点在纯化的红细胞中培育后离心处理，移除未损害的红血球，用比色法检测悬浮液中的血色素获得溶血百分数。量子点和红细胞在37下连续培育3小时后，溶血率随着cdte-tga和cdte/cds-dhla量子点的浓度的增大由3.0%升至18.2%(cdte)，从0.8%升至6.7%(cdte/cds)。结果表明，较高剂量的量子点会产生较大的溶血作用。cdte量子点的剂量依赖的溶血率可以很好地利用线性方程拟合y=0.0936x-1.53(r=0.991)，对于cdte/cds量子点用方程y=0.03772x-0.91(r=0.997)拟合。在相同的实验条件下，如培育时间、温度（37)和量子点的剂量下，与cdte量子点的溶血率相比，cdte/cds量子点的溶血百分数明显减少。例如当量子点的最终剂量为120g/ml，同血红细胞培育3小时后，cdte量子点产生超过9%的溶血率，而cdte/cds量子点的溶血率不到5%。这个实验表示与cdte-tga量子点相比，cdte/cds-dhla量子点具有更好的生物相容性。4 结语综上所述，本课题设计并成功研制出一种新型硫辛酸稳定的cdte/cds荧光半导体纳米晶的合成方法。由于在合成中使用外延增长方式形成了cds壳，同时利