[发明专利]一种生物相容的水相量子点的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属氧化物量子点的制备技术，具体是指一种生物相容的水相 量子点的制备方法。

背景技术

量子点纳米材料具有量子尺寸效应、量子干涉效应、量子隧穿效应和库伦 阻塞效应以及非线性光学效应等性能，在太阳能电池、传感器和生物医学等方 面显示了广阔的应用前景。近年来半导体量子点(如CdSe、PbSe等)备受科研 工作者关注，例如研究表明用不同尺寸、不同材料的量子点在光电器件的构筑 及其性能调节中都显示了独特的用处。然而，考虑到实际应用，量子点在生物 医药领域中的应用比其在光电领域领先一步，特别是量子点生物标签、疾病的 诊断等生物医药应用方面已经展示了它们的魅力。在生物应用方面，量子点具 有优异的性能，比如，量子点荧光效率高，包覆后可达50％以上；分子消光系 数高，约为有机染料的10～100倍；吸收范围广及荧光谱窄且为对称结构；抗衰 退能力强；量子点的荧光对激发光要求不高，通常只要激发光的能量大于其禁 带宽度。此外，量子点的荧光峰的范围随量子点的尺寸改变而有规律的变化， 利用这一特性可以根据需要调节量子点的荧光峰的范围。这些特性使得量子点 在细胞标签、组织深度成像、量子点化验标签(Assay labeling)、能量转移(FRET) 等方面的应用具有非常大的优势。另一方面，解决生物相容性以及生物稳定性 等问题是量子点在生物医学应用中的关键问题。通常，人们希望在水相制备的 量子点能直接应用于生物体系，然而由于生物体系的环境不同对量子点的稳定 性要求较高，而水相制备的量子点的生物稳定性通常并不能满足需要，因而大 大限制了水相制备的量子点在生物及医药方面的广泛应用。通常TOPO等油相体 系制备的量子点稳定性好，荧光效率高，且可以通过表面包覆(如ZnS等)降低 毒性。但由于油相体系中的量子点通常只能溶于有机溶剂，因此，需要对油相 体系制备的量子点进行生物相容的改性，从而进一步满足油相量子点在生物方 面的应用。虽然当前量子点一直是研究热点，但解决量子点的生物相容性及稳 定性等问题仍然是量子点在生物医学应用方面的关键问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种简单可行的量子点表面改性制备生物相容的水 性量子点的制备方法，解决了油相量子点与生物体系不相容的问题，克服了水 相制备的量子点稳定性差的困难，使量子点在生物方面的应用更简单，更方便。

本发明的方法是利用溶液法制备量子点来调控量子点的尺寸及荧光效率， 通过分子键的变化来改变量子点表面的有机物，进而使量子点由油溶性变成水 溶性，使其可以用于生物成像、疾病的诊断及治疗，但是量子点本身的结构并 没有受到影响，因而可制备荧光效率高、稳定性好且表面性质可调的水相量子 点。

本发明的生物相容的水相量子点的制备方法包括如下步骤：

1.油相量子点的溶液法制备

a.核量子点的制备

金属前驱体(如氧化物，氯化物，盐类等)溶于油酸与十八烯混合液，金 属前驱体和油酸的摩尔数比例在1∶2～1∶8之间，油酸与十八烯的体积比1∶ 4～1∶10，置于反应器(如三口瓶)中，加热至金属前驱体完全溶解，降至室 温。在氩气氛围中，再加入质量比为10∶1～1∶1的油胺或十八胺和三辛基氧 化磷(TOPO)溶液后加热至280℃(其中，反应温度在150～300℃可调)， 迅速注入三辛基磷化合物前驱体，三辛基磷化合物采用三辛基磷硒(TOPSe)、 三辛基磷硒(TOPTe)或三辛基磷硫，它们通过将Se、S、Te的单质粉末溶于 三辛基磷(TOP)中制备获得，三辛基磷化合物和金属前驱体的摩尔数比例在 1∶1～10∶1之间变化，Se、S、Te单质的浓度为1.0mmol/ml。取样后在丙酮 中沉淀，离心洗涤后将沉淀物溶于正己烷中密封保存，从而得到核量子点。

按上述方法可以制备出CdSe，PbSe，PbTe，CdTe，PbS，CdS，CuInS₂， CuInSe₂等核量子点，各种核量子点制备所采用的金属前驱体和三辛基磷化合 物前驱体列于表1。

表1

三辛基磷化合物前驱体可以用三正丁基磷化合物前驱体替代。

b.油相核壳量子点的制备

可采用交替离子注入法或乙基黄原酸盐裂解法进一步制备量子点核壳结 构。