CN102796525B - 双稳定剂修饰的酸度敏感型CdTe量子点水相制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双稳定剂修饰的酸度敏感型CdTe量子点的水相制备方法,属于纳米材料技术领域。以巯基乙酸(或巯基丙酸)和巯基乙酰肼为双稳定剂制备CdTe量子点,再将聚乙二醇(PEG)通过PEG醛与量子点表面的酰肼键发生反应进行连接,制得PEG修饰的双试剂稳定的CdTe量子点。其在水溶液中的尺寸大小为2.3~4.5nm,荧光发射波长为510~620nm。与现有技术相比,该量子点能与生物大分子发生偶联,且具有酸度敏感性和生物相容性。
Description
技术领域
本发明属纳米荧光材料技术领域,具体涉及一种双稳定剂修饰的酸度敏感型CdTe量子点水相制备方法。
背景技术
量子点是纳米荧光探针的一种,具有优良的光谱性能,与有机荧光染料相比,更适合于医学荧光成像。但由于量子点的尺寸很小,在实验过程中极易出现细胞或组织表面的非特异性吸附及细胞吞噬,因此需要耗费大量精力和时间对量子点或肿瘤细胞进行多步骤修饰和处理。用于荧光探针的量子点的制备方法大部分采用胶体化学法,最常用修饰试剂是巯基羧酸类小分子(如巯基乙酸TGA)。在使用过程中,为了减少细胞表面的非特异性吸附及细胞内聚集,并降低被网状内皮细胞吞噬的危险,常用聚合物对其进行亲水性处理,但由于聚合物包覆的量子点表面缺少特异性识别基团,所以仍然无法完成对肿瘤细胞的特异性识别。
酸度敏感型聚合物通常在主链或侧链结构中含有对酸或对碱敏感的基团,随着环境pH、离子强度的改变,这些基团会发生电离或接受质子,造成聚合物内外离子浓度的改变,并导致大分子链段间化学键的变化,进而引起不连续的性质改变。酸度敏感型聚合物主要有:阴、阳离子聚合物、含原酸酯基的聚合物、含腙基的聚合物、含缩醛基团的聚合物等。
实体肿瘤周围微环境的pH值比正常组织和器官低。已有文献报道将纳米探针表面修饰腙键,再次链接基因片段后,进行肿瘤标记研究,但上述工作是将基因片段直接链接在腙键上,当腙键发生断裂时,基因片段也随之脱离纳米探针表面,容易失去光学标记作用。
基于上述背景,本发明所制备的量子点由双稳定剂修饰,量子点表面所带基团不但具有酸度敏感性,且能够和肿瘤标志物发生偶联,更加适合于后期在医学领域中的应用。
发明内容
本发明所解决的技术问题之一是提供一种双稳定剂修饰的CdTe量子点的制备方法;本发明所解决的技术问题之一是提供一种酸度敏感型CdTe量子点的水相制备方法,以克服现有技术的不足和缺陷。
本发明的构思
用巯基乙酰肼和巯基乙酸(或巯基丙酸)为修饰剂制备酸度敏感量子点,巯基乙酰肼与PEG醛反应后生成酸度敏感的基团-酰腙键。本发明以巯基乙酸乙酯和水合肼为原料制备巯基乙酰肼,以巯基乙酰肼和巯基乙酸为配体制备酸度敏感量子点后,再与PEG醛反应生成酰腙键。
本发明的技术方案如下:
一种双稳定剂修饰的酸度敏感型CdTe量子点,以巯基乙酰肼和巯基乙酸,或巯基乙酰肼和巯基丙酸共同修饰制备量子点,此量子点与PEG醛混合,在室温下避光反应12h形成酸度敏感的酰腙键,形成酸度敏感型CdTe量子点,其结构式如下:
其中折线表示为-CxH2x,x为1或2;PEG分子量为2000~8000;巯基乙酸与巯基乙酰肼的比例为1:3~1:24;加热回流时间为0~6h。制备的CdTe量子点其尺寸大小为2.3~4.5nm;荧光发射波长为510~620nm。
双稳定剂修饰的酸度敏感CdTe量子点的水相制备方法如下:
(1)将摩尔比为1:3的Te粉和NaBH4置于反应瓶中,用橡皮塞、保鲜膜封口,橡皮塞上加针头排出反应产生的气体,注入适量无水乙醇和双蒸水的混合溶液(V:V=4:5),室温搅拌5h至白色浑浊,静置1h制得澄清NaHTe溶液,取上清液即时使用。
(2)取巯基乙酸乙酯、80%水合肼和无水乙醇,其体积比V:V:V=3:4:200,置于反应瓶中,加热至120℃回流搅拌反应3h,90℃旋转蒸干后加相当于巯基乙酸乙酯30~50倍体积的水溶解,得巯基乙酰肼溶液;
(3)称取摩尔数与CdCl2相等的PEG溶于甲苯中,制得质量百分数为10%的溶液,共沸蒸馏除水;除水后的PEG溶于无水二甲基亚砜DMSO中,加入醋酸酐(为甲苯体积的1/10),40℃搅拌32h;加入与醋酸酐等体积的二氯甲烷,冰浴下,混合溶液逐滴加至4倍体积的乙醚中,高速搅拌,过滤得白色沉淀;用少量二氯甲烷溶解白色沉淀,所得溶液冰浴下滴至乙醚中沉淀,重复操作三次,沉淀真空干燥得PEG醛;
(4)CdCl2(CdCl2与Te粉的摩尔比为2:1)溶于适量水中,制得CdCl2溶液浓度为0.5mmol/L,先通5min氮气除氧后,在氮气保护下与步骤(2)新制备的巯基乙酰肼水溶液和巯基乙酸(或巯基丙酸)搅拌充分混合,用NaOH调节pH值至9.0(溶液澄清),加入步骤(1)新制备的NaHTe溶液,100℃回流反应。分别在0h、0.5h、1h、2h、3h、4h、5h、6h取样,测定其光谱性质。
(5)取步骤(4)制得的CdTe量子点溶液,加入过量PEG醛(大于0.05g/ml),室温避光搅拌反应12h后,离心除去未反应的PEG,将沉淀重新分散于水中即得酸度敏感型CdTe量子点溶液。
步骤(1)中反应需用保鲜膜(或封口膜)封口,否则NaHTe很容易被氧化变质。
步骤(2)中巯基乙酰肼需在使用前新合成,否则容易被氧化。
步骤(3)中PEG分子量为2000~8000,PEG分子量过低,不能起到避免量子点在细胞表面吸附的作用;分子量过大,使巯基乙酸不能和蛋白质等生物大分子链接,影响后期肿瘤诊断使用效果。
步骤(4)中可选用巯基乙酸(TGA)与巯基乙酰肼(TGH)作为双稳定剂,也可以选用巯基丙酸(MPA)与巯基乙酰肼(TGH)为双稳定剂。TGA或MPA与TGH的比例为1:3~1:24;加热回流时间为0~6h。巯基乙酸(或巯基丙酸)比例过大会使量子点的酸度敏感性降低;比例过小使量子点稳定性下降。
步骤(5)中链接PEG醛的过程需在避光条件下进行,否则量子点容易产生沉淀。
由本发明制备的双稳定剂修饰的酸度敏感型CdTe量子点可以用于肿瘤早期诊断中。
本发明的独特之处在于:
(1)利用TGA(或MPA)和TGH两种试剂作为稳定剂制备纳米量子点。目前纳米量子点的制备只有一种稳定剂,因此再次修饰的基团全部位于稳定剂的一侧,一旦某处化学键断裂,修饰基团全部脱落,不利于进一步应用。而选用TGA(或MPA)和TGH两种试剂作为稳定剂,可以分别链接不同的基团,达到联合检测的目的。
(2)纳米探针具有酸度敏感性/免疫识别性双重功能,提高其在医学领域的应用价值。目前量子点应用于医学领域,如肿瘤标记,大多均采用免疫识别方法,将酸度敏感性识别功能的量子点纳入肿瘤早期诊断的研究未见报道。本发明改善现有量子点的表面性质,使其表面基团具有两种功能:一是量子点可以通过表面增加的酰腙键实现对肿瘤细胞或组织微环境的特异性识别,链接PEG后可以减少纳米探针在细胞或组织表面的非特异性吸附;二是量子点表面的羧基可以与抗体或蛋白等生物大分子偶联,实现对特定肿瘤细胞或组织的免疫识别。因此,构建的纳米探针具有酸度敏感/免疫识别双重功能。
本发明的优点是:其除具有高荧光强度和生物相容性外,还具有以下优点:
(1)易于合成。采用水相回流方法制备量子点,无需特殊的实验条件,实验装置简单价廉。
(2)应用方便。量子点表面已链接PEG,可以消除量子点在细胞或组织表面的静电吸附。
(3)双靶向功能。量子点表面带有酰腙基团及羧酸基团,既可以直接与生物大分子(蛋白质、抗体等)链接,也具有酸度敏感性。
附图说明
附图是本发明的合成路线示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例进一步描述本发明。但它们不是对本发明的限定。
下面六个实施例的合成路线均如图1所示。
实施例1:荧光发射波长515~618nm的TGA/TGH双稳定剂修饰PEG4000-CdTe量子点的制备
一、碲氢化钠的制备
将0.128g碲粉和0.116g NaBH4置于10mL反应瓶中,注入无水乙醇4mL,双蒸水5mL,密封,室温搅拌5h至白色浑浊,静置1h取上清液即时使用。
二、巯基乙酰肼的制备
巯基乙酸乙酯0.3mL、80%水合肼0.4mL和20mL无水乙醇置于反应瓶中,加热至120℃回流搅拌反应3h,90℃旋转蒸干后加水10~15mL溶解,得巯基乙酰肼。
三、PEG醛的制备
称取PEG40004.00g溶于40mL甲苯中,共沸蒸馏除水。除水后的PEG4000溶于20mL无水DMSO中,加入4mL醋酸酐,40℃搅拌32h。加入5mL二氯甲烷,冰浴下,混合溶液逐滴加至4倍体积的乙醚中,高速搅拌,过滤得白色沉淀;少量二氯甲烷溶解白色沉淀,所得溶液冰浴下滴至乙醚中沉淀,重复操作三次,沉淀真空干燥得PEG4000醛。
四、TGA/TGH CdTe量子点的制备
氯化镉0.182g溶于180mL水,先通5min氮气除氧后,按照巯基乙酸与巯基乙酰肼的摩尔数1:6,氯化镉与巯基稳定剂摩尔总数1:2的比例投料,在氮气保护下用氢氧化钠调节溶液pH值至9.0,加入第1项下新制备的碲氢化钠溶液,100℃回流0h、0.5h、1h、2h、3h、4h、5h、6h等不同的时间,即得TGA/TGH CdTe量子点溶液。
五、PEG-TGA/TGH CdTe量子点的制备
分别取第4项下制得的各时间点的CdTe量子点溶胶10mL,加入1g PEG醛,室温避光搅拌反应12h,离心除去未反应的PEG,沉淀重新分散于水中得PEG修饰的CdTe量子点溶胶。制备的CdTe量子点其尺寸大小为2.4~4.3nm;荧光发射波长为515~618nm。
实施例2:荧光发射波长510~589nm的TGA/TGH双稳定剂修饰PEG2000-CdTe量子点的制备
一、碲氢化钠的制备
将0.128g碲粉和0.116g NaBH4置于10mL反应瓶中,注入无水乙醇4mL,双蒸水5mL,密封,室温搅拌5h至白色浑浊,静置1h取上清液即时使用。
二、巯基乙酰肼的制备
巯基乙酸乙酯0.3mL、80%水合肼0.4mL和20mL无水乙醇置于反应瓶中,加热至120℃回流搅拌反应3h,90℃旋转蒸干后加水10~15mL溶解,得巯基乙酰肼。
三、PEG醛的制备
称取PEG2000 2.00g溶于20mL甲苯中,共沸蒸馏除水。除水后的PEG2000溶于10mL无水DMSO中,加入2mL醋酸酐,40℃搅拌32h。加入4mL二氯甲烷,冰浴下,混合溶液逐滴加至4倍体积的乙醚中,高速搅拌,过滤得白色沉淀。少量二氯甲烷溶解白色沉淀,所得溶液冰浴下滴至乙醚中沉淀,重复操作三次,沉淀真空干燥得PEG2000醛。
四、TGA/TGH CdTe量子点的制备
氯化镉0.182g溶于180mL水,先通5min氮气除氧后,按照巯基乙酸与巯基乙酰肼的摩尔数1:12,氯化镉与巯基稳定剂摩尔总数1:2的比例投料,用氢氧化钠调节pH值至9.0,加入第1项下新制备的碲氢化钠溶液,100℃回流0h、0.5h、1h、2h、3h、4h、5h、6h等不同的时间,即得TGA/TGH CdTe量子点溶液。
五、PEG-TGA/TGH CdTe量子点的制备
分别取第4项下制得的各时间点的CdTe量子点溶胶10mL,加入0.8g PEG醛,室温避光搅拌反应12h,离心除去未反应的PEG,沉淀重新分散于水中得PEG修饰的CdTe量子点溶胶。制备的CdTe量子点其尺寸大小为2.3~4.1nm;荧光发射波长为510~589nm。
实施例3:荧光发射波长523~616nm的TGA/TGH双稳定剂修饰PEG6000-CdTe量子点的制备
一、碲氢化钠的制备
将0.128g碲粉和0.116g NaBH4置于10mL反应瓶中,注入无水乙醇4mL,双蒸水5mL,密封,室温搅拌5h至白色浑浊,静置1h取上清液即时使用。
二、巯基乙酰肼的制备
巯基乙酸乙酯0.3mL、80%水合肼0.4mL和20mL无水乙醇置于反应瓶中,加热至120℃回流搅拌反应3h,90℃旋转蒸干后加水10~15mL溶解,得巯基乙酰肼。
三、PEG醛的制备
称取PEG6000 6.00g溶于60mL甲苯中,共沸蒸馏除水。除水后的PEG6000溶于30mL无水DMSO中,加入6mL醋酸酐,40℃搅拌32h。加入6mL二氯甲烷,冰浴下,混合溶液逐滴加至4倍体积的乙醚中,高速搅拌,过滤得白色沉淀。少量二氯甲烷溶解白色沉淀,所得溶液冰浴下滴至乙醚中沉淀,重复操作三次,沉淀真空干燥得PEG6000醛。
四、TGA/TGH CdTe量子点的制备
氯化镉0.182g溶于180mL水,先通5min氮气除氧后,按照巯基乙酸与巯基乙酰肼的摩尔数1:24,氯化镉与巯基稳定剂摩尔总数1:2的比例投料,用氢氧化钠调节pH值至9.0,加入第1项下新制备的碲氢化钠溶液,100℃回流0h、0.5h、1h、2h、3h、4h、5h、6h等不同的时间,即得TGA/TGH CdTe量子点溶液。
五、PEG-TGA/TGH CdTe量子点的制备
分别取第4项下制得的各时间点的CdTe量子点溶胶10mL,加入1.5g PEG醛,室温避光搅拌反应12h,离心除去未反应的PEG,沉淀重新分散于水中得PEG修饰的CdTe量子点溶胶。制备的CdTe量子点其尺寸大小为2.4~4.3nm;荧光发射波长为523~616nm。
实施例4:荧光发射波长523~616nm的MPA/TGH双稳定剂修饰PEG4000-CdTe量子点的制备
一、碲氢化钠的制备
将0.128g碲粉和0.116g NaBH4置于10mL反应瓶中,注入无水乙醇4mL,双蒸水5mL,密封,室温搅拌5h至白色浑浊,静置1h取上清液即时使用。
二、巯基乙酰肼的制备
巯基乙酸乙酯0.3mL、80%水合肼0.4mL和20mL无水乙醇置于反应瓶中,加热至120℃回流搅拌反应3h,90℃旋转蒸干后加水10~15mL溶解,得巯基乙酰肼。
三、PEG醛的制备
称取PEG4000 4.00g溶于40mL甲苯中,共沸蒸馏除水;除水后的PEG4000溶于20mL无水DMSO中,加入4mL醋酸酐,40℃搅拌32h;加入5mL二氯甲烷,冰浴下,混合溶液逐滴加至4倍体积的乙醚中,高速搅拌,过滤得白色沉淀;少量二氯甲烷溶解白色沉淀,所得溶液冰浴下滴至乙醚中沉淀,重复操作三次,沉淀真空干燥得PEG4000醛。
四、MPA/TGH CdTe量子点的制备
氯化镉0.182g溶于180mL水,先通5min氮气除氧后,按照巯基丙酸与巯基乙酰肼的摩尔数1:6,氯化镉与巯基稳定剂摩尔总数1:2的比例投料,用氢氧化钠调节pH值至9.0,加入第1项下新制备的碲氢化钠溶液,100℃回流0h、0.5h、1h、2h、3h、4h、5h、6h等不同的时间,即得MPA/TGH CdTe量子点溶液。
五、PEG-MPA/TGH CdTe量子点的制备
分别取第4项下制得的各时间点的CdTe量子点溶胶10mL,加入1.0g PEG醛,室温避光搅拌反应12h,离心除去未反应的PEG,沉淀重新分散于水中得PEG修饰的CdTe量子点溶胶。制备的CdTe量子点其尺寸大小为2.4~4.3nm;荧光发射波长为523~616nm。
实施例5:荧光发射波长510~616nm的MPA/TGH双稳定剂修饰PEG6000-CdTe量子点的制备
一、碲氢化钠的制备
将0.128g碲粉和0.116g NaBH4置于10mL反应瓶中,注入无水乙醇4mL,双蒸水5mL,密封,室温搅拌5h至白色浑浊,静置1h取上清液即时使用。
二、巯基乙酰肼的制备
巯基乙酸乙酯0.3mL、80%水合肼0.4mL和20mL无水乙醇置于反应瓶中,加热至120℃回流搅拌反应3h,90℃旋转蒸干后加水10~15mL溶解,得巯基乙酰肼。
三、PEG醛的制备
称取PEG60006.00g溶于60mL甲苯中,共沸蒸馏除水。除水后的PEG6000溶于30mL无水DMSO中,加入6mL醋酸酐,40℃搅拌32h。加入6mL二氯甲烷,冰浴下,混合溶液逐滴加至4倍体积的乙醚中,高速搅拌,过滤得白色沉淀。少量二氯甲烷溶解白色沉淀,所得溶液冰浴下滴至乙醚中沉淀,重复操作三次,沉淀真空干燥得PEG6000醛。
四、MPA/TGH CdTe量子点的制备
氯化镉0.182g溶于180mL水,先通5min氮气除氧后,按照巯基丙酸与巯基乙酰肼的摩尔数1:12,氯化镉与巯基稳定剂摩尔总数1:2的比例投料,用氢氧化钠调节pH值至9.0,加入第1项下新制备的碲氢化钠溶液,100℃回流0h、0.5h、1h、2h、3h、4h、5h、6h等不同的时间,即得MPA/TGH CdTe量子点溶液。
五、PEG-MPA/TGH CdTe量子点的制备
分别取第4项下制得的各时间点的CdTe量子点溶胶10mL,加入1.5g PEG醛,室温避光搅拌反应12h,离心除去未反应的PEG,沉淀重新分散于水中得PEG修饰的CdTe量子点溶胶。制备的CdTe量子点其尺寸大小为2.3~4.3nm;荧光发射波长为510~616nm。
实施例6:荧光发射波长510~620nm的MPA/TGH双稳定剂修饰PEG8000-CdTe量子点的制备
一、碲氢化钠的制备
将0.128g碲粉和0.116g NaBH4置于10mL反应瓶中,注入无水乙醇4mL,双蒸水5mL,密封,室温搅拌5h至白色浑浊,静置1h取上清液即时使用。
二、巯基乙酰肼的制备
巯基乙酸乙酯0.3mL、80%水合肼0.4mL和20mL无水乙醇置于反应瓶中,加热至120℃回流搅拌反应3h,90℃旋转蒸干后加水10~15mL溶解,得巯基乙酰肼。
三、PEG醛的制备
称取PEG8000 8.00g溶于80mL甲苯中,共沸蒸馏除水。除水后的PEG8000溶于80mL无水DMSO中,加入8mL醋酸酐,40℃搅拌32h。加入10mL二氯甲烷,冰浴下,混合溶液逐滴加至4倍体积的乙醚中,高速搅拌,过滤得白色沉淀。少量二氯甲烷溶解白色沉淀,所得溶液冰浴下滴至乙醚中沉淀,重复操作三次,沉淀真空干燥得PEG8000醛。
四、MPA/TGH CdTe量子点的制备
氯化镉0.182g溶于180mL水,先通5min氮气除氧后,按照巯基丙酸与巯基乙酰肼的摩尔数1:24,氯化镉与巯基稳定剂摩尔总数1:2的比例投料,用氢氧化钠调节pH值至9.0,加入第1项下新制备的碲氢化钠溶液,100℃回流0h、0.5h、1h、2h、3h、4h、5h、6h等不同的时间,即得MPA/TGH CdTe量子点溶液。
五、PEG-MPA/TGH CdTe量子点的制备
分别取第4项下制得的各时间点的CdTe量子点溶胶10mL,加入2.0g PEG醛,室温避光搅拌反应12h,离心除去未反应的PEG,沉淀重新分散于水中得PEG修饰的CdTe量子点溶胶。制备的CdTe量子点其尺寸大小为2.3~4.5nm;荧光发射波长为510~620nm。
Claims (5)
1.一种双稳定剂修饰的酸度敏感CdTe量子点的水相制备方法,其特征在于具体步骤如下:
(1)将摩尔比为1:3的Te粉和NaBH4置于反应瓶中,用橡皮塞、保鲜膜封口,橡皮塞上加针头排出反应产生的气体,注入无水乙醇和双蒸水的混合溶液V:V=4:5,室温搅拌5h至白色浑浊,静置1h制得澄清NaHTe溶液,取上清液即时使用;
(2)取巯基乙酸乙酯、80%水合肼和无水乙醇,其体积比V:V:V=3:4:200,置于反应瓶中,加热至120℃回流搅拌反应3h,90℃旋转蒸干后加相当于巯基乙酸乙酯30~50倍体积的水溶解,得巯基乙酰肼溶液;
(3)称取摩尔数与CdCl2相等的PEG溶于甲苯中,制得质量百分数为10%的溶液,共沸蒸馏除水;除水后的PEG溶于无水二甲基亚砜DMSO中,加入甲苯体积的1/10醋酸酐,40℃搅拌32h;加入与醋酸酐等体积的二氯甲烷,冰浴下,混合溶液逐滴加至4倍体积的乙醚中,高速搅拌,过滤得白色沉淀;用少量二氯甲烷溶解白色沉淀,所得溶液冰浴下滴至乙醚中沉淀,重复操作三次,沉淀真空干燥得PEG醛;
(4)CdCl2溶于适量水中,CdCl2与Te粉的摩尔比为2:1,制得CdCl2溶液浓度为0.5mmol/L,先通5min氮气除氧后,在氮气保护下与步骤(2)制备的巯基乙酰肼水溶液和巯基乙酸或巯基丙酸搅拌充分混合,用NaOH调节pH值至9.0,溶液澄清,加入步骤(1)制备的NaHTe溶液,100℃回流反应;分别在0h、0.5h、1h、2h、3h、4h、5h、6h取样,测定其光谱性质;
(5)取步骤(4)制得的CdTe量子点溶液,加入过量大于0.05g/ml的PEG醛,室温避光搅拌反应12h后,离心除去未反应的PEG,将沉淀重新分散于水中即得酸度敏感型CdTe量子点溶液。
2.根据权利要求1所述的双稳定剂修饰的酸度敏感型CdTe量子点的制备方法,其特征在于步骤(4)中回流反应时间为0~6小时。
3.根据权利要求1所述的双稳定剂修饰的酸度敏感型CdTe量子点的制备方法,其特征在于步骤(4)中选用巯基乙酸和巯基乙酰肼,或巯基丙酸和巯基乙酰肼为双稳定剂,巯基乙酸或巯基丙酸与巯基乙酰肼的摩尔比为1:3~1:24。
4.根据权利要求1所述的双稳定剂修饰的酸度敏感型CdTe量子点的制备方法,其特征在于步骤(3)中PEG分子量为2000~8000。
5.根据权利要求1所述的双稳定剂修饰的酸度敏感型CdTe量子点的制备方法,其特征在于步骤(5)中链接PEG醛的过程需在避光条件下进行。
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