[发明专利]水溶性纳米晶及其化学合成和应用

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料的制备领域，更具体地涉及一种表面可功能化、稳定、尺寸可控的水溶性纳米晶的化学合成和应用。

背景技术

目前，受合成方法限制，很多具有特定尺寸、组成和形貌的纳米晶通常通过高温油相反应获得，这些纳米晶由于表面的高亲油性大大限制了其在环境、生物体系中的应用。为了解决这一难题，人们已经陆续提出了两类转溶方法，分别是配体交换法和配体加成法。前者利用新的表面活性剂将油相纳米晶表面原有的配体交换（参考文献：S.Nie,Science1998,281,2016-2018），后者在原有表面配体基础上再修饰一层表面活性剂（参考文献：H.Y.Fan,Science2004,304,567-571），均达到了将油相纳米晶转溶入水相中的目标。但是，由于使用小分子配体时作用力弱，最终得到的水溶性纳米晶的稳定性较差，在实际应用中极易发生团聚。为了提高水溶性纳米晶的稳定性，人们成功发展了聚合物（包括含碳链和硅链化合物）修饰的方法，然而使用该方法得到的水溶性纳米晶的尺寸明显增加（参考文献：S.Nie,Phys.Chem.Chem.Phys.2006,8,3895-3903；M.S.Nikolic,Angew.Chem.Int.Ed.2006,45,6577-6580）。尺寸因素对纳米晶在生物体系中的动力学行为有着重要影响，这就限制了这些材料的应用空间。

因此，发展一种简便易得、稳定性高且尺寸可控的水溶性纳米晶在实际应用中具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种水溶性纳米晶，该水溶性纳米晶具有简便易得，稳定性高且尺寸可控的特性，在实际应用中具有重要意义。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种水溶性纳米晶的制备方法。

本发明所要解决的第三个技术问题是提供水溶性纳米晶的应用。

为解决上述第一个技术问题，本发明采用下述技术方案：

一种水溶性纳米晶，所述水溶性纳米晶包含内外两层，其内层为油溶性纳米晶，其外层为亲水性单分子层。

优选地，所述的油溶性纳米晶的大小为1-1000nm；所述的亲水性单分子层为交联的单分子层。

优选地，所述的交联的单分子层为炔丙基铵配体形成的分子层。

为解决上述第二个技术问题，本发明采用如下技术方案。

一种水溶性纳米晶的制备方法，该方法包括如下步骤：

1)在油溶性纳米晶表面，通过配体加成的方法修饰上一层具有多炔基头基的表面活性剂分子，得到具有水溶性的纳米晶；

2)利用点击化学反应，在交联剂及点击反应催化剂存在的条件下，将步骤1）得到的水溶性纳米晶表面的表面活性剂分子交联固定，得到如权利要求1-3所述的水溶性纳米晶；

优选地，步骤1)所述的表面活性剂具有多炔丙基铵基结构，其亲水端为烷基三炔基铵离子，疏水端为碳链长度为6-18的烷烃链，优选地，所述表面活性剂为（4-十二烷氧基）苯基三炔丙基溴化铵。

优选地，步骤1)所述的油溶性纳米晶的大小为1-1000nm。

优选地，步骤1)所述配体加成的方法指将油溶性纳米晶的分散液加入含有所述表面活性剂的水溶液中，利用超声、搅拌将表面活性剂分子修饰到油溶性纳米晶表面，得到澄清的水溶性纳米晶。

优选地，所述的表面活性剂水溶液的浓度为5mg/ml。

优选地，步骤2)所述交联剂指碳链两端为叠氮基团的有机化合物，其中碳链长度为2-6；所述交联固定指利用水相中多炔基与叠氮交联剂的1，3-偶极环加成反应，将多炔基表面活性剂配体固定在纳米晶表面。

优选地，步骤2)得到的水溶性纳米晶的尺寸与步骤1)中得到的水溶性纳米晶相比其动力学直径变化范围为0-5nm。

优选地，步骤2)所述点击反应催化剂为水相Cu催化剂。

优选地，步骤2)还包括使用炔醇作为反应淬灭剂。

进一步地，该制备方法还包括步骤3)：

3)将步骤2)得到的水溶性纳米晶进行进一步修饰，得到表面功能化的水溶性纳米晶。

优选地，步骤2)中所述交联剂选自修饰有羟基、羧基、醛基的叠氮交联剂；或者在步骤2)中调控交联剂与表面活性剂的比例，按摩尔比为1:1。

优选地，所述步骤1)、2)和3)的反应温度为常温。

为解决上述第三个技术问题，本发明采用如下的技术方案：

水溶性纳米晶的应用：功能化的水溶性纳米晶用于生物成像，所述生物成像包括体外细胞成像和活体成像。