CN103074051A

CN103074051A - 双巯基化合物修饰的水溶性量子点及其制备方法

Info

Publication number: CN103074051A
Application number: CN2012105491975A
Authority: CN
Inventors: 刘璐; 闫志强; 何丹农
Original assignee: Shanghai National Engineering Research Center for Nanotechnology Co Ltd
Current assignee: Shanghai National Engineering Research Center for Nanotechnology Co Ltd
Priority date: 2012-12-18
Filing date: 2012-12-18
Publication date: 2013-05-01

Abstract

本发明涉及一种双巯基化合物修饰的水溶性量子点及其制备方法。一种双巯基化合物修饰的水溶性量子点，双巯基化合物以聚乙二醇或其衍生物为基本骨架，连接硫辛酸制备而成；将双巯基化合物与单巯基包裹的水溶性量子点在氮气保护下进行反应，即可以得到双巯基化合物修饰的水溶性量子点。制备方法为以聚乙二醇或其衍生物为骨架，和硫辛酸进行酯化反应，后进行开环，即可以生成双巯基配体。将得到的配体与水溶性量子点充分反应，可以得到稳定的双巯基配体修饰的水溶性量子点。该方法制备的水溶性量子点在生物、医药以及诊断等多个领域具有广泛的应用前景。

Description

双巯基化合物修饰的水溶性量子点及其制备方法

技术领域

本发明属于纳米材料的制备领域，涉及一种水溶性量子点及其制备方法，特别是涉及一种双巯基化合物修饰的水溶性量子点及其制备方法，用于提高水溶性量子点的稳定性。

技术背景

量子点（Quantum Dots，QDs）是一种新型的半导体荧光材料，具有波长可控，激发光谱宽，发射光谱窄，光稳定性好等优点，目前越来越受到物理、化学、生物等领域研究者的广泛关注。目前高质量的荧光量子点多通过高温油相方法合成，试剂价格昂贵且操作复杂，合成的量子点只能分散在有机溶剂中。通过相转移的方法虽然能得到水溶性的量子点，但此过程通常会发生严重的荧光淬灭，量子产率和稳定性显著降低。

与有机相合成法相比，直接水相合成水溶性的量子点具有很多的优势，如合成方法简单、毒性小、原料来源方便、成本低、实验条件温和、重复性好，具有简单绿色且廉价等特点。水相合成的量子点尺寸一般小于5 nm，其表面带有的配体通常含有羧基和氨基等官能团，具有非常好的水溶性，可以采用静电吸附或共价偶联等方法直接与生物分子连接，因而具有非常广阔的应用前景。但是水相合成法制备的量子点通常稳定性较差，这也是限制其应用的一个重要方面。采用双巯基化合物修饰量子点，其稳定性比单巯基化合物修饰的量子点的稳定性有大幅度提高。美国发明专利US 2012/0241646A 提出用多巯基的丙烯酸衍生物作为相转移的配体，通过配体交换法制备出了稳定性高的水溶性量子点；中国发明专利 200710150113提出用环糊精修饰水溶性的CdTe量子点，也取得了一定的效果。采用双巯基配体修饰水溶性量子点，在增强量子点的稳定性方面有很好的效果。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种双巯基化合物修饰的水溶性量子点及其制备方法。

一种双巯基化合物修饰的水溶性量子点，其特征在于，双巯基化合物以聚乙二醇或其衍生物为基本骨架，连接硫辛酸制备而成；将双巯基化合物与单巯基包裹的水溶性量子点在氮气保护下进行反应，即可以得到双巯基化合物修饰的水溶性量子点。

一种双巯基化合物修饰的水溶性量子点的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(a)合成双巯基配体PEG-DHLA：以重量份数计，6份硫辛酸（TA），10-100份聚乙二醇或其衍生物（PEG），1份对二甲氨基吡啶（DMAP）溶解在100份的二氯甲烷中；然后将混合溶液降至0℃，加入7份的N,N′-二环己基碳二亚胺（DCC），保温1小时后，室温下反应过夜；反应结束后，首先将反应液进行过滤，滤去不溶物，然后旋蒸蒸干溶剂，在固体残渣中加入饱和的碳酸氢钠溶液50份，然后采用乙酸乙酯进行萃取三次；收集乙酸乙酯萃取液，并以无水硫酸钠干燥过夜；过滤滤去固体，母液旋蒸蒸干溶剂，得到黄色油状物；粗品用闪柱进行分离，蒸干溶剂得到黄色油状物；然后将油状物溶解在10份甲醇和40份水的混合物中，加入硼氢化钠1份，避光置于单口瓶中进行反应，氮气保护下搅拌2小时。然后反应液加入50 份的盐水进行稀释，再以氯仿进行萃取三次；萃取的有机层收集并用无水硫酸钠进行干燥过夜，而后过滤蒸干溶剂，粗品用闪柱进行分离，蒸干溶剂后得到白色蜡状固体，即为PEG-DHLA；

(b) 将从步骤a中得到的1-10份PEG-DHLA，加入到50-500份的量子点溶液中，氮气保护下，60℃反应1小时；

(c)步骤b得到的反应液，加入丙酮，离心纯化后，得到双巯基化合物修饰的水溶性量子点。

所述的聚乙二醇及其衍生物为分子量为500-5000的聚乙二醇、单甲醚封端的聚乙二醇、单羧基封端的聚乙二醇、单氨基封端的聚乙二醇中的一种。

所述的量子点为CdTe量子点、CdTe/CdS量子点、CdTe/CdS/ZnS量子点、ZnTe量子点、ZnSe/ZnS量子点、掺杂型量子点、合金量子点中的一种。

本发明的优点在于：

(1) 适用范围广，多种单巯基配体修饰的水溶性量子点均可以通过此方法来提高稳定性。(2) 操作简单，易于实现。本发明制备的量子点在化学和生物分析中有着重要的应用。

附图说明

图1为本发明实施例1所得的mPEG-DHLA的核磁共振谱图。

图2为本发明实施例1所得的量子点的红外吸收曲线图。

图3为本发明实施例1所得的量子点的荧光曲线图。

图4 为本发明实施例1所得的量子点的透射电镜图片。

其中(a) 为巯基丙酸包裹的CdTe/CdS量子点，(b) 为mPEG-DHLA包裹的CdTe/CdS量子点。

图5为本发明实施例1所得的量子点在不同pH的磷酸盐缓冲溶液中的荧光亮度变化。

具体实施方式

以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述。以下的实施例是对本发明的进一步说明，而不限于本发明的范围。

实施例1：

按重量份计，配方如下：

单甲醚封端的聚乙二醇（mPEG，分子量1000） 20 份

CdTe/CdS量子点溶液（波长580 nm，表面配体为巯基丙酸MPA） 150份

制备工艺：

Figure 2012105491975100002DEST_PATH_IMAGE001

以重量份数计，6份硫辛酸（TA），20份单甲醚封端的聚乙二醇(mPEG)，1份对二甲氨基吡啶（DMAP）溶解在100份的二氯甲烷中。然后将混合溶液降至0 ^oC，加入7份的N,N′-二环己基碳二亚胺（DCC），保温1小时后，室温下反应过夜。反应结束后，首先将反应液进行过滤，滤去不溶物，然后旋蒸蒸干溶剂，在固体残渣中加入饱和的NaHCO₃ 溶液50份，然后采用乙酸乙酯进行萃取三次。收集乙酸乙酯萃取液，并以无水硫酸钠干燥过夜。过滤滤去固体，母液旋蒸蒸干溶剂，得到黄色油状物。粗品用闪柱进行分离，蒸干溶剂得到黄色油状物。然后将油状物溶解在10份甲醇和40份水的混合物中，加入硼氢化钠1份，避光置于单口瓶中进行反应，氮气保护下搅拌2小时。然后反应液加入50 份的盐水进行稀释，再以氯仿进行萃取三次。萃取的有机层收集并用无水硫酸钠进行干燥过夜，而后过滤蒸干溶剂，粗品用闪柱进行分离，蒸干溶剂后得到白色蜡状固体，即为mPEG-DHLA。

② 将10份mPEG-DHLA 加入到150份的CdTe/CdS量子点溶液中，氮气保护下，60 ^oC反应1小时。

③ 步骤②得到的反应液，加入丙酮，离心纯化后，可以得到mPEG-DHLA修饰的CdTe/CdS量子点。

溶液外观：红色溶液，在紫外灯照射下发出橙黄色光

化合物表征：H NMR

量子点配体交换的表征：红外光谱。

量子点荧光亮度检测：荧光分光光度计。

量子点分散性检测方法：透射电镜。

量子点稳定性的表征：测定量子点在pH 1-14的磷酸盐缓冲溶液中的亮度变化

检测结果：制备出了高纯度的mPEG-DHLA，以及mPEG-DHLA修饰的CdTe/CdS量子点，荧光亮度几乎保持不变，在水溶液中仍保持了较好的分散性，可以在pH 4-11的溶液中稳定存在1个月。

实施例2：

按重量份计，配方如下：

聚乙二醇（PEG，分子量3000） 60 份

CdTe量子点溶液（波长545 nm，原表面配体为巯基乙酸TGA） 300份

制备工艺：

以重量份数计，6份硫辛酸（TA），60份聚乙二醇(PEG)，1份对二甲氨基吡啶（DMAP）溶解在100份的二氯甲烷中。然后将混合溶液降至0 ^oC，加入7份的N,N′-二环己基碳二亚胺（DCC），保温1小时后，室温下反应过夜。反应结束后，首先将反应液进行过滤，滤去不溶物，然后旋蒸蒸干溶剂，在固体残渣中加入饱和的NaHCO₃ 溶液50份，然后采用乙酸乙酯进行萃取三次。收集乙酸乙酯萃取液，并以无水硫酸钠干燥过夜。过滤滤去固体，母液旋蒸蒸干溶剂，得到黄色油状物。粗品用闪柱进行分离，蒸干溶剂得到黄色油状物。然后将油状物溶解在10份甲醇和40份水的混合物中，加入硼氢化钠1份，避光置于单口瓶中进行反应，氮气保护下搅拌2小时。然后反应液加入50 份的盐水进行稀释，再以氯仿进行萃取三次。萃取的有机层收集并用无水硫酸钠进行干燥过夜，而后过滤蒸干溶剂，粗品用闪柱进行分离，蒸干溶剂后得到白色蜡状固体，即为PEG-DHLA。

② 将20份PEG-DHLA 加入到300份的CdTe量子点溶液中，氮气保护下，60 ^oC反应1小时。

③ 步骤②得到的反应液，加入丙酮，离心纯化后，可以得到PEG-DHLA修饰的CdTe量子点。

溶液外观：黄色溶液，在紫外灯照射下发出绿色光

化合物表征：H NMR

量子点配体交换的表征：红外光谱。

量子点荧光亮度检测：荧光分光光度计。

量子点分散性检测方法：透射电镜。

检测结果：制备出了PEG-DHLA修饰的CdTe量子点，荧光亮度几乎保持不变，在水溶液中仍保持了较好的分散性，可以在pH 3-12的溶液中稳定存在1个月。

实施例3：

按重量份计，配方如下：

单羧基封端的聚乙二醇（C-PEG，分子量1000） 20 份

CdTe/CdS/ZnS量子点溶液（波长625nm，原表面配体为巯基丙酸MPA） 500份

制备工艺：

以重量份数计，6份硫辛酸（TA），20份单羧基封端的聚乙二醇(C-PEG)，1份对二甲氨基吡啶（DMAP）溶解在100份的二氯甲烷中。然后将混合溶液降至0 ^oC，加入7份的N,N′-二环己基碳二亚胺（DCC），保温1小时后，室温下反应过夜。反应结束后，首先将反应液进行过滤，滤去不溶物，然后旋蒸蒸干溶剂，在固体残渣中加入饱和的NaHCO₃ 溶液50份，然后采用乙酸乙酯进行萃取三次。收集乙酸乙酯萃取液，并以无水硫酸钠干燥过夜。过滤滤去固体，母液旋蒸蒸干溶剂，得到黄色油状物。粗品用闪柱进行分离，蒸干溶剂得到黄色油状物。然后将油状物溶解在10份甲醇和40份水的混合物中，加入硼氢化钠1份，避光置于单口瓶中进行反应，氮气保护下搅拌2小时。然后反应液加入50 份的盐水进行稀释，再以氯仿进行萃取三次。萃取的有机层收集并用无水硫酸钠进行干燥过夜，而后过滤蒸干溶剂，粗品用闪柱进行分离，蒸干溶剂后得到白色蜡状固体，即为C-PEG-DHLA。

② 将30份C-PEG-DHLA加入到500份的CdTe/CdS/ZnS量子点溶液中，氮气保护下，60 ^oC反应1小时。

③ 步骤②得到的反应液，加入丙酮，离心纯化后，可以得到C-PEG-DHLA修饰的CdTe/CdS/ZnS量子点。

溶液外观：暗红色溶液，在紫外灯照射下发出红色光

化合物表征：H NMR

量子点配体交换的表征：红外光谱。

量子点荧光亮度检测：荧光分光光度计。

量子点分散性检测方法：透射电镜。

检测结果：制备出了C-PEG-DHLA修饰的CdTe/CdS/ZnS量子点，荧光亮度几乎保持不变，在水溶液中仍保持了较好的分散性，可以在pH 3-13的溶液中稳定存在1个月。

实施例4：

按重量份计，配方如下：

聚乙二醇（mPEG，分子量750） 15 份

ZnSe/ZnS量子点溶液（波长585 nm，原表面配体为巯基丙酸MPA） 400份

制备工艺：

以重量份数计，6份硫辛酸（TA），15份聚乙二醇(PEG)，1份对二甲氨基吡啶（DMAP）溶解在100份的二氯甲烷中。然后将混合溶液降至0 ^oC，加入7份的N,N′-二环己基碳二亚胺（DCC），保温1小时后，室温下反应过夜。反应结束后，首先将反应液进行过滤，滤去不溶物，然后旋蒸蒸干溶剂，在固体残渣中加入饱和的NaHCO₃ 溶液50份，然后采用乙酸乙酯进行萃取三次。收集乙酸乙酯萃取液，并以无水硫酸钠干燥过夜。过滤滤去固体，母液旋蒸蒸干溶剂，得到黄色油状物。粗品用闪柱进行分离，蒸干溶剂得到黄色油状物。然后将油状物溶解在10份甲醇和40份水的混合物中，加入硼氢化钠1份，避光置于单口瓶中进行反应，氮气保护下搅拌2小时。然后反应液加入50 份的盐水进行稀释，再以氯仿进行萃取三次。萃取的有机层收集并用无水硫酸钠进行干燥过夜，而后过滤蒸干溶剂，粗品用闪柱进行分离，蒸干溶剂后得到白色蜡状固体，即为PEG-DHLA。

② 将10份PEG-DHLA 加入到50份的ZnSe/ZnS量子点溶液中，氮气保护下，60 ^oC反应1小时。

③ 步骤②得到的反应液，加入丙酮，离心纯化后，可以得到PEG-DHLA修饰的ZnSe/ZnS量子点。

溶液外观：红色溶液，在紫外灯照射下发出橙黄色光

化合物表征：H NMR

量子点配体交换的表征：红外光谱。

量子点荧光亮度检测：荧光分光光度计。

量子点分散性检测方法：透射电镜。

检测结果：制备出了PEG-DHLA修饰的ZnSe/ZnS量子点，荧光亮度几乎保持不变，在水溶液中仍保持了较好的分散性，可以在pH 4-11的溶液中稳定存在1个月。

实施例5：

按重量份计，配方如下：

聚乙二醇（PEG，分子量1500） 30 份

CdTe/CdS量子点溶液（波长580 nm，原表面配体为巯基乙酸TGA） 300份

制备工艺：

以重量份数计，6份硫辛酸（TA），30份聚乙二醇(PEG)，1份对二甲氨基吡啶（DMAP）溶解在100份的二氯甲烷中。然后将混合溶液降至0 ^oC，加入7份的N,N′-二环己基碳二亚胺（DCC），保温1小时后，室温下反应过夜。反应结束后，首先将反应液进行过滤，滤去不溶物，然后旋蒸蒸干溶剂，在固体残渣中加入饱和的NaHCO₃ 溶液50份，然后采用乙酸乙酯进行萃取三次。收集乙酸乙酯萃取液，并以无水硫酸钠干燥过夜。过滤滤去固体，母液旋蒸蒸干溶剂，得到黄色油状物。粗品用闪柱进行分离，蒸干溶剂得到黄色油状物。然后将油状物溶解在10份甲醇和40份水的混合物中，加入硼氢化钠1份，避光置于单口瓶中进行反应，氮气保护下搅拌2小时。然后反应液加入50 份的盐水进行稀释，再以氯仿进行萃取三次。萃取的有机层收集并用无水硫酸钠进行干燥过夜，而后过滤蒸干溶剂，粗品用闪柱进行分离，蒸干溶剂后得到白色蜡状固体，即为PEG-DHLA。

② 将20份PEG-DHLA 加入到300份的CdTe/CdS量子点溶液中，氮气保护下，60 ^oC反应1小时。

③ 步骤②得到的反应液，加入丙酮，离心纯化后，可以得到PEG-DHLA修饰的CdTe/CdS量子点。

溶液外观：红色溶液，在紫外灯照射下发出橙黄色光

化合物表征：H NMR

量子点配体交换的表征：红外光谱。

量子点荧光亮度检测：荧光分光光度计。

量子点分散性检测方法：透射电镜。

检测结果：制备出了PEG-DHLA修饰的CdTe/CdS量子点，荧光亮度几乎保持不变，在水溶液中仍保持了较好的分散性，可以在pH 3-12的溶液中稳定存在1个月。

Claims

1.一种双巯基化合物修饰的水溶性量子点，其特征在于，双巯基化合物以聚乙二醇或其衍生物为基本骨架，连接硫辛酸制备而成；将双巯基化合物与单巯基包裹的水溶性量子点在氮气保护下进行反应，即可以得到双巯基化合物修饰的水溶性量子点。

2.根据权利要求1所述双巯基化合物修饰的水溶性量子点的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(a)合成双巯基配体PEG-DHLA：以重量份数计，6份硫辛酸（TA），10-100份聚乙二醇或其衍生物（PEG），1份对二甲氨基吡啶（DMAP）溶解在100份的二氯甲烷中；然后将混合溶液降至0℃，加入7份的N,N′-二环己基碳二亚胺（DCC），保温1小时后，室温下反应过夜；反应结束后，首先将反应液进行过滤，滤去不溶物，然后旋蒸蒸干溶剂，在固体残渣中加入饱和的碳酸氢钠溶液50份，然后采用乙酸乙酯进行萃取三次；收集乙酸乙酯萃取液，并以无水硫酸钠干燥过夜；过滤滤去固体，母液旋蒸蒸干溶剂，得到黄色油状物；粗品用闪柱进行分离，蒸干溶剂得到黄色油状物；然后将油状物溶解在10份甲醇和40份水的混合物中，加入硼氢化钠1份，避光置于单口瓶中进行反应，氮气保护下搅拌2小时；

然后反应液加入50 份的盐水进行稀释，再以氯仿进行萃取三次；萃取的有机层收集并用无水硫酸钠进行干燥过夜，而后过滤蒸干溶剂，粗品用闪柱进行分离，蒸干溶剂后得到白色蜡状固体，即为PEG-DHLA；

3.根据权利要求2所述双巯基化合物修饰的水溶性量子点的制备方法，其特征在于，所述的聚乙二醇及其衍生物为分子量为500-5000的聚乙二醇、单甲醚封端的聚乙二醇、单羧基封端的聚乙二醇、单氨基封端的聚乙二醇中的一种。

4.根据权利要求2所述双巯基化合物修饰的水溶性量子点的制备方法，其特征在于，所述的量子点为CdTe量子点、CdTe/CdS量子点、CdTe/CdS/ZnS量子点、ZnTe量子点、ZnSe/ZnS量子点、掺杂型量子点、合金量子点中的一种。

5.根据权利要求2所述双巯基化合物修饰的水溶性量子点的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(a)以重量份数计，6份硫辛酸（TA），20份单甲醚封端的聚乙二醇(mPEG)，1份对二甲氨基吡啶（DMAP）溶解在100份的二氯甲烷中；然后将混合溶液降至0℃，加入7份的N,N′-二环己基碳二亚胺（DCC），保温1小时后，室温下反应过夜；反应结束后，首先将反应液进行过滤，滤去不溶物，然后旋蒸蒸干溶剂，在固体残渣中加入饱和的碳酸氢钠溶液50份，然后采用乙酸乙酯进行萃取三次；收集乙酸乙酯萃取液，并以无水硫酸钠干燥过夜；过滤滤去固体，母液旋蒸蒸干溶剂，得到黄色油状物；粗品用闪柱进行分离，蒸干溶剂得到黄色油状物；然后将油状物溶解在10份甲醇和40份水的混合物中，加入硼氢化钠1份，避光置于单口瓶中进行反应，氮气保护下搅拌2小时；然后反应液加入50 份的盐水进行稀释，再以氯仿进行萃取三次；萃取的有机层收集并用无水硫酸钠进行干燥过夜，而后过滤蒸干溶剂，粗品用闪柱进行分离，蒸干溶剂后得到白色蜡状固体，即为mPEG-DHLA；

(b)将10份mPEG-DHLA 加入到150份的CdTe/CdS量子点溶液中，氮气保护下，60℃反应1小时；

(c)步骤(b)得到的反应液，加入丙酮，离心纯化后，可以得到mPEG-DHLA修饰的CdTe/CdS量子点。