[发明专利]一种可降低有机相合成发光量子点生物毒性的水溶性转换方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种可降低有机相合成发光量子点生物毒性的水溶性转换方法，尤其是涉及一种在有机相合成的半导体量子点表面覆盖具有生物适合官能团的水溶的SiO₂纳米膜的转换方法。

背景技术

发光的半导体纳米晶，也称作量子点，由于其特有的光学、电学性质，其在生物及医药领域显示出重要应用。发光半导体量子点具有宽的激发带、窄的发光谱，通过改变量子点的直径，用单一的激发波长可得到连续可调的从可见到近红外的发光，并且量子点显示出很好的光稳定性及高的抗光褪色性。考虑到量子点的应用，半导体量子点必须具有高单色性(窄的粒度分布)和高荧光量子效率。为此，大部分半导体量子点的制备通常采用效果更好的有机溶液法合成(此法制备的量子点通常具有憎水的表面)，特别是低生物毒性的CdSe/ZnS量子点。然而，针对半导体量子点的生物应用，除去上述两个特点外，还需具备以下几个特点：首先，半导体量子点必须具有水溶性(亲水性)的表面，而且具有适合的表面官能团，鉴于这一点，必须对亲油性量子点进行表面改性；其次，由于小的粒度有利于提高检测的敏感性，因此量子点必须保持小的液体动力学直径；再次，考虑到生物安全性，量子点必须具有尽可能低的生物毒性，比如CdSe量子点上的ZnS壳的重要作用之一就是阻挡Cd离子释放，减小生物毒性。针对以上问题，目前的主要解决方法有：一是直接在量子点表面进行配体交换，这样可以得到小的液体动力学直径，但因为是无机材料，生物适应性不好，而且生物毒性没有降低；其次，也有采用聚合物进行此类表面改性的报道，此法可使量子点生物适应性提高，但同样不能解决减低生物毒性的问题，并且此法导致量子点液体动力学直径变大(在5nm的量子点上包覆后，文献中显示的最小直径是15nm)；此外，近年来有文献报道SiO₂层可以显著降低重金属离子的逸出，降低生物毒性，但根据目前的研究状况，SiO₂包覆及改性后的颗粒尺寸通常大于10nm。因此，在量子点表面覆盖动力学半径小且可以降低量子点生物毒性的功能化纳米层成为目前新的研究热点之一。本发明所述的材料及制备方法对于量子点在医药、生物探测、光电转换等领域的应用具有重要意义。

发明内容

本发明为了克服上述不足，提供了一种可降低有机相合成发光量子点生物毒性的水溶性转换方法，该方法可得到具有小液体动力学直径、水溶性、生物适合性、低Cd离子释放量等特点的量子点。

本发明是通过以下措施来实现的：

本方法的思路是将不含官能团的硅烷试剂与量子点在有机溶剂中反应，使量子点表面改性，然后将量子点分散到含有亲水性官能团的水相溶液中，使量子点表面包覆上一层SiO₂外壳，并在SiO₂外壳上修饰亲水性官能团，通过亲水性官能团可使量子点连接到生物分子上，使SiO₂外壳具有功能化，提高了量子点的应用价值，且加上功能化SiO₂外壳后的量子点液体动力学直径≤10nm。量子点的表面改性及水溶性转换流程见图1。

本发明的具体技术方案为：

一种可降低有机相合成发光半导体量子点生物毒性的水溶性转换方法，包括以下步骤：

(1)量子点的表面硅烷化改性：将量子点分散到有机溶剂中，然后加入不含官能团的硅烷试剂，搅拌反应使硅烷试剂与量子点表面的配体进行交换；量子点在有机溶剂中的浓度为0.03～1.0mg/mL；

(2)制备水相溶液：

A.把乙醇、氨水和水混合搅拌；

B.将带有巯基、氨基、羧基或聚乙二醇基的硅烷试剂加入到步骤A所得的溶液中搅拌得水相溶液；

(3)SiO₂外壳的形成及量子点的水溶性转换：把步骤(1)制得的溶液和步骤(2)制得的水相溶液混合在一起，搅拌反应使量子点转到水相中，然后将反应后的反应液离心分离，取下层沉淀物分散到纯水中，即得水溶性的、包覆有功能化SiO₂外壳的、生物毒性低的、直径≤10nm的量子点。

上述水溶性转换方法中，不含官能团的硅烷试剂∶有机溶剂∶乙醇∶氨水∶水的体积比为1×10^-3～4×10^-3∶0.5～7∶5～30∶0.5～3∶1～3。

上述水溶性转换方法中，步骤(1)中，所述不含官能团的硅烷试剂为正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、正硅酸丙酯，所述有机溶剂为甲苯、正己烷、氯仿或三辛基膦(TOP)。