[发明专利]一种电沉积技术原位制备硫化锌量子点/海藻酸纳米复合膜的方法

说明书

本发明涉及一种电沉积技术原位制备硫化锌量子点/海藻酸纳米复合膜的方法。其特征在于，采用硫化钠与海藻酸的混合液作为电沉积液，金属锌片作为电沉积的阳极金属电极材料进行电沉积；在电沉积过程中利用金属锌片上发生的电化学反应产生锌离子，再利用海藻酸与锌离子的配位作用以及硫离子与锌离子之间的反应，从而在电极上原位制备得到硫化锌量子点/海藻酸纳米复合膜。本发明具备操作简单、易于控制、不使用有机溶剂、绿色环保、制备条件温和，以及选择性和可控性等特点；所制备的硫化锌量子点/海藻酸纳米复合膜材料具有良好的生物相容性、无毒性以及生物可降解性等性能特点，在生物医用功能材料和生物电子器件等领域有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于纳米材料、高分子材料、生物材料、电化学领域，涉及一种利用电沉积技术原位制备量子点与天然高分子复合膜材料的方法，特别是涉及一种电沉积技术原位制备硫化锌量子点/海藻酸纳米复合膜的方法。

背景技术

量子点(Quantum dots)，也称为半导体纳米晶，是一种由II-VI族或III-V族原子组成的纳米材料，尺寸一般在2-10nm。相对于有机荧光染料和荧光蛋白，其具有着独特的光学性能，例如可调节发射光谱、较强的荧光强度、较好的光稳定性等优点，因此在生物成像、生物标记、发光二极管、生物检测等领域具有广泛的应用前景[Nature methods,2008,5:763-775]。目前，量子点被广泛应用于不同的生物成像和生物荧光标记领域，例如固定细胞标记、活细胞成像及荧光检测等。然而目前一些常用的量子点往往含有毒性重金属Cd、Hg、Pb等元素。这些量子点与生物体接触时会对生物体产生一定的损伤，尤其是量子点化学组成成分中的重金属元素对生物体的毒副作用，限制了这些量子点在生物领域的应用，其中不含有重金属元素的硫化锌量子点得到了广大研究者们的关注[Nature materials,2013,12:359-366]。

海藻酸是从海藻中提取的天然高分子，它是一种具有线性结构的水溶性生物多糖，其分子结构是由β-D-甘露糖醛酸(M段)与α-L-古洛糖醛酸(G段)2种结构单元链接而成的线性嵌段共聚物。值得注意的是海藻酸可以与二价金属离子(例如Ca²⁺离子)发生配位作用，从而形成三维网状结构的凝胶。海藻酸在自然界中含量非常丰富，具有来源广泛、无毒性、良好的生物相容性、生物可降解性、pH敏感性和成膜性等一系列性能特点和优点，常常被应用于生物医用材料、生物传感器、组织工程、污水处理和食品科学等领域[Progress inPolymer Science,2012,37:106-126]。

近年来，天然高分子的电沉积技术由于具有操作简单，制备条件温和，具有时间和空间的选择性和可控性等优点，以及可以通过施加电信号可在导电金属材料表面获得功能膜材料受到研究者的关注。目前有关于海藻酸的电沉积，一般是利用阳极电极局部水解产生的氢离子，阳极附近的海藻酸与氢离子结合从而在电极表面形成凝胶，Cheong等人在阳极沉积了海藻酸/羟基磷灰石纳米材料膜[Colloids and Surface A,2008,328:73～78]。此外，海藻酸还可以通过与Ca²⁺形成海藻酸钙凝胶从而发生电沉积，海藻酸的电沉积被应用于细胞的固定，以及构筑生物相容性支架材料[Advanced Functional Materials,2012,22:519-528]。

近几十年来，量子点纳米材料由于具有独特的物理和化学性质，一直吸引了科学界广泛的研究兴趣。值得注意的是，利用电沉积技术可以实现量子点与天然高分子的共沉积[ACS Applied MaterialsInterfaces,2014,6:15510-15515]。然而，目前开展的量子点与天然高分子的电沉积工作均采用共沉积的方式，而关于利用电沉积技术原位制备量子点与天然高分子复合材料的研究我们未见相关专利和文献报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种电沉积技术原位制备硫化锌量子点/海藻酸纳米复合膜的方法，该方法具有操作简单、设备简单、易于控制、成本低廉的优点。