CN102585417B - 量子点/聚合物复合一氧化氮荧光探针及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种量子点/聚合物复合一氧化氮荧光探针及其制备方法。它为粉末状固体，由量子点和甲基丙烯酸甲酯通过原位复合法制备形成，量子点和聚甲基丙烯酸甲酯聚合物之间为共价键结合。其制备方法包含如下步骤：1)将水溶性镉盐分散在溶解在甲基丙烯酸甲酯（MMA）和偶联剂的混合溶液中，在引发剂作用下，于N2保护下70~90℃进行预聚反应，至体系粘度接近甘油粘度时停止反应；2)然后于N2保护下，在强力搅拌的条件下将硫源，硒源或碲源水溶液逐滴滴加到步骤1)的预聚物体系中，至体系迅速变色，所述硫源或硒源或碲源与镉盐的摩尔比为1.1:1~1.4:1；3）50~70℃下聚合10~24小时而得。其具有量子点和聚合物的双重优点，稳定性高，适用于待测样品中一氧化氮的检测。

Description

量子点/聚合物复合一氧化氮荧光探针及其制备方法
技术领域
本发明属于分析检测领域，具体涉及一种一氧化氮荧光探针及其制备方法。
背景技术
20世纪80年代后期，内源性气体信号分子一氧化氮（NO）的发现开创了气体信号分子这一新型研究领域，NO是自由基性质的小分子气体，具有易逸性、不稳定性，易被氧化等特征。它在体内内源性生成，发挥着广泛的生物学效应，并具有独特的可连续产生、传播迅速、快速弥散等特点。大量的研究已证明气体信号分子作为一种独特的血管活性物质参与和介导中枢神经系统多种生理过程如学习、记忆、神经信号传递等以及脑缺血、缺氧后损伤的病理生理过程。深入探讨生物体内气体分子含量的实时变化，对脑血管生理、病理过程机制及其早期诊断和防治具有重要意义。
但实验研究发现气体信号分子的浓度检测有很大的局限性，首先是在正常情况下，内源性气体信号分子量是很少的，平均每个细胞仅释放1～200 attomol（1attomol=10-18mol），而且气体分子代谢太快，获得样本后再检测很难准确反映当时气体分子的浓度；其次是合成酶的诱导表达和代谢产物的生成需要一定的时间，因此检测合成酶及代谢产物的浓度也不能完全反映当时气体分子的表达情况；再者，目前检测气体分子浓度方法（如化学发光法、微电极法等）的局限导致很难获取准确的气体分子浓度，更不用说实时动态地观察气体分子浓度。内源性气体信号分子NO同样也存在难以检测的问题。
目前应用最为普遍的NO荧光敏感材料是有机染料，在大多数情况下它们的激发光谱都较窄，很难同时激发多种组分，其荧光特征谱又较宽并且分布不对称，最严重的缺陷还是光化学稳定性差、光漂白与光解，使每个有机染料能够发出的荧光光子平均数量不可能太多，光解产物又往往会对生物体产生杀伤作用。近年来，利用纳米粒子尤其是量子点作为荧光敏感材料就能较好的解决这些问题。量子点具有宽的激发波长范围及窄的发射波长范围，发射波长可通过控制其大小和组成来调解，荧光强度、稳定性强，几乎没有光漂白现象，荧光寿命长，生物相容性好等优点。目前量子点研究较多的主要是CdX (X=S, Se, Te)，已有报道将其应用于化学、生物检测方面。但是，量子点不易在基体中均匀分散、且较易团聚、难以固定等问题限制了其实际应用。有机聚合物具有分子可设计性和结构可控性，可利用有机-无机纳米复合制备量子点/聚合物复合材料固定量子点满足实际应用。将量子点和聚合物复合常见的方法将预先制备好的量子点和聚合物直接混合，如中国专利CN101759946A，但是这种方法仍然不能很好解决量子点在基体中分散性差和团聚等问题。迄今为止，尚未见基于量子点/聚合物制复合一氧化氮荧光探针的研究报道。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种量子点/聚合物复合一氧化氮（NO）荧光探针及其制备方法，其具有量子点和聚合物的双重优点，稳定性高，适用于待测样品中一氧化氮的检测。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
量子点/聚合物复合一氧化氮荧光探针，其特征在于：它为粉末状固体，由量子点和甲基丙烯酸甲酯通过原位复合法制备形成，量子点和聚甲基丙烯酸甲酯聚合物之间为共价键结合。
按上述方案，所述的量子点为CdS、CdTe、CdSe中的任意一种。 
按上述方案，所述的量子点/聚合物复合一氧化氮荧光探针的制备方法，由量子点和甲基丙烯酸甲酯通过原位复合法制备形成，包含如下步骤：
（1）将水溶性镉盐分散在溶解在甲基丙烯酸甲酯（MMA）和偶联剂的混合溶液中，在引发剂作用下，于N2保护下70~90℃进行预聚反应，至体系粘度接近甘油粘度时停止反应；
（2）然后于N2保护下，在强力搅拌的条件下将硫源水溶液，硒源水溶液或新鲜配制的碲源水溶液逐滴滴加到步骤（1）的预聚物体系中，至体系迅速变色，所述硫源或硒源或碲源与水溶性镉盐的摩尔比均为1.1:1~1.4:1；所述硒源水溶液为采用碱性调节剂调至pH值为8~10的硒源水溶液；
3）再于50~70℃下聚合10~24小时，得到量子点/聚合物复合一氧化氮荧光探针。
按上述方案，所述的水溶性镉盐为醋酸镉或氯化镉。
按上述方案，所述的偶联剂为甲基丙烯酸（MA），所述偶联剂与甲基丙烯酸甲酯的体积比为1:6~1:8；所述的引发剂为偶氮二异丁腈，所述引发剂的用量按重量计为甲基丙烯酸甲酯的0.30%~0.50%。
按上述方案，所述硫源是硫化钠。
按上述方案，所述硒源是亚硒酸钠；所述碱性调节剂为NaOH和N2H4的混合物。
按上述方案，所述碲源是碲氢化钠。
按上述方案，所述NaHTe水溶液是采用如下制备方法得到的：将Te粉、NaBH4和水于氮气气氛下，所述NaBH4和Te的重量比为0.71-0.88：1，边搅拌边加热至70~90℃，观察到有气泡冒出，至无明显气泡冒出时而得的粉红色溶液即为NaHTe溶液。
具体的应用方法为：
将该量子点/聚合物复合一氧化氮荧光探针与一系列不同标准浓度的NO饱和溶液于密闭状态进行反应，然后用荧光光谱仪激发并检测NO和量子点/聚合物复合荧光探针反应后所形成的产物的最大荧光强度，得到标准曲线；
用荧光光谱仪激发并检测NO和量子点/聚合物复合NO荧光探针反应后所形成的产物的最大荧光强度，将荧光强度通过与标准曲线对比即可获得待测样品中一氧化氮的浓度。
该量子点/聚合物复合一氧化氮荧光探针的检测原理是：NO是过渡金属的良好络合物，它可以和量子点/聚合物复合荧光探针中的Cd2+反应使得量子点荧光发生淬灭；除此之外，NO和量子点表面的溶解氧发生反应使得量子点表面缺陷增多，也会发生荧光淬灭，因此可以通过测量其荧光强度的变化检测NO含量的变化。
本发明的效果是:
本发明利用原位复合法制备的量子点/聚合物复合一氧化氮荧光探针具有量子点和聚合物的双重优点，稳定性高，不仅可以有效地解决传统荧光染料在实际应用中的存在的荧光强度较弱、易光漂白、不同荧光染料NO探针需不同波长激发且光谱间干扰较大等问题，还可以解决量子点在基体中分散性不好、易团聚的问题，其用于检测一氧化氮浓度，与传统荧光染料相比，发射的荧光强度更强，且荧光稳定时间更长，便于实现待测样品中一氧化氮浓度准确、灵敏、简便、快速的检测，也可为生物检测、化学分析提供了新的发展方向；
本发明的量子点/聚合物复合一氧化氮荧光探针的制备方法简单，便于推广应用。
附图说明
图1是原位复合法制备CdS/PMMA复合NO荧光探针的合成步骤。
图2是CdS/PMMA复合NO荧光探针的透射电镜图（TEM）。
图3是CdS/PMMA复合NO荧光探针与不同浓度（C(NO)/(10-3M) (1~10)：0.08, 0.23, 0.54, 0.93, 1.55, 2.32, 3.72, 4.65, 6.98, 9.30）NO反应后的荧光光谱。图中wavelength（nm）为波长（nm），FL Intensity（a.u.）为荧光强度。
具体实施方法
下面将结合附图和实施例对本发明的发明内容作出进一步的说明。
实施例1
称取0.1387g的醋酸镉（C4H6CdO4·2H2O）0.00052和0.038g的偶氮二异丁腈溶解在装有8ml甲基丙烯酸甲酯和1ml 甲基丙烯酸的三颈烧瓶中，在氮气保护下搅拌，加热到70~90℃进行预聚反应，在预聚的过程中观察体系的粘度，当预聚物的粘度与甘油粘度相近时立即停止加热；
称取0.15g的硫化钠（Na2S·9H2O）溶解在1.5mL的去离子水中，将其逐滴添加到三口烧瓶中，同时伴随着强力搅拌，混合物迅速变成亮黄色；
将混合物转移到单口烧瓶中，放入烘箱中，在60℃聚合20小时，得到CdS/PMMA复合一氧化氮荧光探针，参见图1。该CdS/PMMA复合NO荧光探针见图2。由图2可得：CdS均匀分布于基体材料PMMA中，CdS尺寸介于5nm左右的球状纳米粒子。                      
CdS/PMMA复合NO荧光探针在NO浓度检测中的应用：
将2.25g CdS/PMMA复合一氧化氮荧光探针溶解在30mL DMF中，将其与一系列不同标准浓度（C(NO)/(10-3M)：0.10, 0.20, 0.30, 0.50，0.80, 1.00, 1.50, 2.00, 3.00, 4.00, 5.00, 6.00, 7.00, 8.00, 9.00）的NO饱和溶液于密闭状态进行反应，然后用荧光光谱仪激发并检测NO和量子点/聚合物复合荧光探针反应后所形成的产物的最大荧光强度，得到标准曲线。
然后将2.25g CdS/PMMA复合一氧化氮荧光探针溶解在30mL DMF中，加入到待测样品中，通过读取最大荧光强度值，根据与标准曲线对比求出待测样品中一氧化氮的浓度，测得待测物中NO的浓度单位为mmol/L。
实施例2
实施例2同实施例1，只是将实施例1步骤（2）中的“称取0.15g的硫化钠溶解在1.5mL的去离子水中”换成“称取0.164g Na2SeO3·5H2O，0.8g NaOH和3mL N2H4·H2O溶解在5mL去离子水中”；将实施例1步骤（3）的“60℃聚合20h”，换成“50℃聚合12h”，得到CdSe/PMMA复合一氧化氮荧光探针。经TEM测试得：CdSe均匀分布于基体材料PMMA中，CdSe尺寸介于5nm左右的球状纳米粒子。
实施例3
实施例3同实施例1，只是将实施例1步骤（2）中的“称取0.15g的硫化钠溶解在1.5mL的去离子水中”换成“5mL新鲜配制的碲氢化钠（NaHTe）溶液”，将实施例1步骤（3）的“60℃聚20h”，换成“70℃聚合15h”，得到CdTe/PMMA复合一氧化氮荧光探针。经TEM测试得：CdTe均匀分布于基体材料PMMA中，CdTe尺寸介于5nm左右的球状纳米粒子。  
NaHTe溶液的制备：取79.75 mg Te粉、56.7mg NaBH4和5ml去氧超纯水加入到充满氮气的烧瓶中，在不断搅拌的条件下加热到70~90℃左右，可观察到有气泡冒出。当无明显气泡冒出时反应完成，此时得到的粉红色溶液即为NaHTe溶液。
实施例4
实施例4同实施例1，只是将实施例1步骤（2）中的“称取0.1387g的醋酸镉（C4H6CdO4·2H2O）”换成“称取0.0953g的氯化镉（CdCl2）”，得到CdS/PMMA复合一氧化氮荧光探针。经TEM测试得：CdS均匀分布于基体材料PMMA中，CdS尺寸介于5nm左右的球状纳米粒子。

Claims (9)

1.量子点/聚合物复合一氧化氮荧光探针，其特征在于：它为粉末状固体，由量子点和甲基丙烯酸甲酯通过原位复合法制备形成，量子点和聚甲基丙烯酸甲酯聚合物之间为共价键结合，其制备方法包含如下步骤：
（1）将水溶性镉盐分散在溶解在甲基丙烯酸甲酯和偶联剂的混合溶液中，在引发剂作用下，于N2保护下70~90℃进行预聚反应，至体系粘度接近甘油粘度时停止反应；
（2）然后于N2保护下，在强力搅拌的条件下将硫源水溶液，硒源水溶液或新鲜配制的碲源水溶液逐滴滴加到步骤（1）的预聚物体系中，至体系迅速变色，所述硫源或硒源或碲源与水溶性镉盐的摩尔比均为1.1:1~1.4:1；所述硒源水溶液为采用碱性调节剂调至pH值为8~10的硒源水溶液；
3）再于50~70℃下聚合10~24小时，得到量子点/聚合物复合一氧化氮荧光探针。
2.根据权利要求1所述的量子点/聚合物复合一氧化氮荧光探针，其特征在于：所述的量子点为CdS、CdTe、CdSe中的任意一种。
3.根据权利要求2所述的量子点/聚合物复合一氧化氮荧光探针的制备方法，其特征在于：包含如下步骤：
（1）将水溶性镉盐分散在溶解在甲基丙烯酸甲酯和偶联剂的混合溶液中，在引发剂作用下，于N2保护下70~90℃进行预聚反应，至体系粘度接近甘油粘度时停止反应；
（2）然后于N2保护下，在强力搅拌的条件下将硫源水溶液，硒源水溶液或新鲜配制的碲源水溶液逐滴滴加到步骤（1）的预聚物体系中，至体系迅速变色，所述硫源或硒源或碲源与水溶性镉盐的摩尔比均为1.1:1~1.4:1；所述硒源水溶液为采用碱性调节剂调至pH值为8~10的硒源水溶液；
3）再于50~70℃下聚合10~24小时，得到量子点/聚合物复合一氧化氮荧光探针。
4.根据权利要求3所述的量子点/聚合物复合一氧化氮荧光探针的制备方法，其特征在于：所述的水溶性镉盐为醋酸镉或氯化镉。
5.根据权利要求3所述的量子点/聚合物复合一氧化氮荧光探针的制备方法，其特征在于：所述的偶联剂为甲基丙烯酸，所述偶联剂与甲基丙烯酸甲酯的体积比为1:6~1:8；所述的引发剂为偶氮二异丁腈，所述引发剂的用量按重量计为甲基丙烯酸甲酯的0.30%~0.50%。
6.根据权利要求3所述的量子点/聚合物复合一氧化氮荧光探针的制备方法，其特征在于：所述硫源是硫化钠。
7.根据权利要求3所述的量子点/聚合物复合一氧化氮荧光探针的制备方法，其特征在于：所述硒源是亚硒酸钠；所述碱性调节剂为NaOH和N2H4的混合物。
8.根据权利要求3所述的量子点/聚合物复合一氧化氮荧光探针的制备方法，其特征在于：所述碲源是碲氢化钠。
9.根据权利要求8所述的量子点/聚合物复合一氧化氮荧光探针的制备方法，其特征在于：所述碲氢化钠水溶液是采用如下制备方法得到的：将Te粉、NaBH4和水于氮气气氛下，所述NaBH4和Te的重量比为0.71-0.88：1，边搅拌边加热至70~90℃，观察到有气泡冒出，至无明显气泡冒出时而得的粉红色溶液即为NaHTe溶液。
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