[发明专利]一种多层保护超稳定水溶性单个荧光量子点和荧光微球的合成新方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料技术和生物技术交叉领域，涉及到一种多层保护超稳定水溶性单个荧光量子点和荧光微球的合成新方法。此方法在不同的制备阶段能合成不同功能的单个荧光量子点和荧光微球：两性齐聚物修饰的水溶性单个荧光量子点和荧光微球、二氧化硅包裹的油溶性单个荧光量子点和荧光微球以及多层保护的水溶性单个荧光量子点和荧光微球。采用本方法所合成的多层保护的单个荧光量子点和荧光微球，其荧光稳定性较传统方法有大幅度提高，可用于细胞标记、固态发光器件及可用于免疫层析快速检测。因此本发明无论在实验室研究还是工业应用方面都具很高的价值。

 

背景技术

半导体荧光量子点由于具有卓越的光学和电学性能，使其在光学、电子学和生物检测等领域引发了研究热潮，并取得了较大的研究进展。水溶性荧光量子点生物检测材料(尤其用于细胞标记和微孔免疫层析试纸条快速检测领域)是近年来发展起来的一类新型材料，它们可取代常规免疫检测中常用的胶体金、乳胶颗粒、酶及有机荧光等标记分子，在生物染色、免疫测定、原位杂交和多色成像等研究中发挥了巨大的作用。与传统的发光材料相比，其优点如下：传统发光材料需在不同波长条件下实现对不同生物分子的检测，而荧光量子点标记材料则可以在同一波长下检测不同粒径的分子，从而实现多种生物分子的同时检出；由于荧光量子点本身具备的量子效应，其激发光源可采用多种光源，如可见光、紫外光、红外光等，避免了传统发光材料必须用激光光学仪器检测而导致的成本过高问题；另外，荧光量子点标记材料克服了传统发光材料容易分解、发光时间短、发射谱线宽、本底高、检测敏感度低的不足，可使检测敏感度大大增加，可达皮克至飞克级；采用其作标记材料，可实现生物分子的超微量检测。

近年来国际上很多研究小组对水溶性荧光量子点的合成进行了研究。早期制备水溶性量子点的方法是利用含有巯基的小分子羧酸来交换量子点表面的有机配体。这种方法非常简单，但油溶性量子点水溶性化之后量子产率下降很多，并且所制备的量子点稳定性比较差。第二种方法将量子点表面包裹二氧化硅壳层，二氧化硅表面被极性基团功能化。二氧化硅壳层使得所制备的量子点在各种酸、碱、盐溶液中能够相对稳定地存在。其它的能够改变油溶性量子点极性从而使其水溶性化的有机分子包括磷脂（phospholipids）、树形分子（dedrons）、低聚物配体、生物分子（bio-functional molecules）等。但是使用这些有机分子所制备的水溶性量子点产率比较低，表面修饰步骤比较繁琐并且有机分子的合成成本高昂。两性聚合物能够组装在油溶性量子点有机配体的表面从而使油溶性量子点水溶性化。所制备的水溶性量子点表面所包裹的聚合物层很好地保持了内层油溶性量子点表面的非极性环境并且提供了比较厚的保护层，从而保护了量子点免受外界环境的破坏。在这样的情况下，当把油溶性量子点从有机溶剂转移到水相之后，所制备的水溶性量子点基本上保持了油溶性量子点的高量子产率并且在水中能够稳定地存在。                         

要想将荧光量子点较好地应用于生物检测领域中，制备高荧光稳定性的水溶性荧光量子点尤为重要。然而量子点的荧光稳定性经常会受到所用的缓冲液和溶剂的影响。当量子点用低pH值或者高浓度盐的溶液处理时，其荧光强度会出现大幅度的下降，甚至完全失去荧光性能。在这种情况下生物检测的灵敏度将会大幅度下降，在极端的情况下虽然结果为阳性，但是在层析试纸条上检测不到荧光信号。比如，将聚合物修饰的CdSe/ZnS量子点用于在猪尿中检测莱克多巴胺(Rac)的残留，由于其含有高浓度的NH₄⁺、 K⁺、 HCO₃^-、Cl^-以及较强的酸性环境，量子点不可避免地遭受明显的“荧光淬灭”现象，从而失去检测莱克多巴胺抗原的能力。

利用二氧化硅、聚合物、有机配体等材料包裹荧光量子点制备水溶性量子点的方法已经取得了较大的研究进展。但如何提高水溶性荧光量子点在各种生理环境中(尤其在低pH值或者高浓度盐的溶液) 的稳定性仍是一个亟待解决的问题。因此有必要结合有机配体、二氧化硅、聚合物等修饰方法的优势制备出超稳定的水溶性荧光量子点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多层保护超稳定水溶性单个荧光量子点和荧光微球的合成新方法，并以此实现荧光量子点在各种生理环境（尤其是苛刻的生理环境）中荧光稳定性的大幅度提高并可用于细胞标记、固态发光器件及可用于免疫层析快速检测。

本发明采用的技术方案如下(如图1所示)：