CN103911141A - 一种油溶性量子点转化为水溶性量子点的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种油溶性量子点转化为水溶性量子点的方法，该方法包括如下步骤：步骤一、将聚马来酸酐，腺嘌呤或者组胺，以及4-二甲氨基吡啶溶解于二甲亚砜中，反应之后得到配位聚合物溶液；步骤二、将油溶性量子点溶解于氯仿中，制得油溶性量子点的氯仿溶液；步骤三、将步骤一中的配位聚合物溶液缓慢加入步骤二中的油溶性量子点的氯仿溶液中，形成透明溶液后，加入氢氧化钠水溶液，离心后取上层水溶液，用超滤管除去多余聚合物后得到滤渣，将该滤渣溶解于水中即得到水溶性量子点溶液。该方法简单易行，重现性好，具有通用性。
Description
技术领域
本发明涉及一种油溶性量子点的转化为水溶性量子点的方法，具体涉及一种采用配位聚合物为修饰试剂的油溶性量子点高效转化为水溶性量子点的方法。
背景技术
量子点是由量子点（Quantum dots,QDs）是由成百上千个原子组成、粒径在1~100nm的半导体纳米微晶粒，能够接受激发光而产生荧光，且发射光的波长可控，相比传统的有机荧光染料，量子点在具有宽而连续的吸收光谱，窄而对称的发射光谱，发射光谱可以通过材料本身的尺寸、组分和结构调节，覆盖范围从可见光到近红外，并且具有优异的抗光漂白性能，正是由于这些特性，使量子点在生物医学标记与成像领域具有广阔的应用前景，并已作为生物探针已被广泛应用于分子生物学、医学诊断学等学科中。
量子点作为一种新型半导体荧光纳米探针，与传统有机荧光染料相比，具有许多优良的光谱特性，自从1998年Nie shuming（Chan,W.C.W.;Nie,S.Science1998,281,2016）与Alivisatos课题组（Bruchez,M.;Moronne,M.;Gin,P.;Weiss,S.;Alivisatos,A.P.Science1998,281,2013）首次将量子点应用于生物成像，近年来，量子点在分子诊断、靶向治疗、生物医学成像与生物传感等方面得到了广泛应用，并极大地推动了生命分析化学、生物医学工程等研究领域的飞速发展。由于高质量的量子点都是通过高温有机相热分解方法制备得到（Li,J.J.;Wang,Y. A.;Guo,W.;Keay,J.C.;Mishima,T.D.;Johnson,M.B.;Peng,X.J.Am.Chem.Soc.2003,125,12567,Hu,D.;Zhang,P.;Gong,P.;Lian,S.;Lu,Y.;Gao,D.；Cai,L.Nanoscale2011,3,4724），所得产物为脂溶性，为了使量子点进一步应用于生物医学成像等领域，需要对量子点进行表面修饰，实现脂溶性量子点的水溶性化是量子点用于生物医学研究的关键。
目前油溶性量子点的转水方法主要通过两亲性聚合物包裹，得到的水溶性量子点虽然具有良好的光学性能和稳定性，但是得到的量子点具有较大的体积，极大限制了量子点在生物标记中的应用，虽然利用小分子配体交换的方法也能实现油溶性量子点的转水，而且得到的水溶性量子点具有较小的粒径，但是由于配位基团采用比较容易氧化的巯基，稳定性较差。
例如，第一种方法是利用量子点表面的金属原子（Zn，Cd等）与其它分子（S，P等）的配位作用，用含配位元素的水溶性小分子化合物取代量子点表面的有机配体，使其具有水溶性（Mattoussi,H.;Mauro,J.M.;Goldman,E.R.;Anderson,G. P.;Sundar,V. C.;Mikulec,F.V.;Bawendi,M.G. J.Am.Chem.Soc.2000,122,12142）。
例如，第二种方法是中国专利申请号为200410013332.X以及两篇论文（Dubertret,B.;Skourides,P.;Norris,D.J.;Noireaux,V.;Brivanlou,A.H.;Libchaber,A.Science2002,298,1759、Wu,X.;Liu,H.;Liu,J.;Haley,K.N.;Treadway,J.A.;Larson,J.P.;Ge,N.;Peale,F.;Bruchez,M.P.Nat.Biotech.2003,21,41）所公开的，这些文献是利用量子点表面包裹的有机配体化合物与两亲性化合物之间的疏水相互作用，将疏水分子自组装到量子点表面使其在水中稳定存在。
以上方法各有优缺点：第一种方法获得的量子点由于配体直接修饰在量子点表面，其受环境因素影响较大，而且稳定性也较差，但是修饰后的量子点具有相对更小的体积；第二种方法修饰的量子点虽然对量子点表面性质基本没有影响，稳定性强，受环境因素影响比较小，但是修饰后的量子点具有较大体积。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种操作简单、重现性好的油溶性量子点转化为水溶性量子点的方法，所得产物不仅保持了原有的光学性质，而且粒径基本无变化。
解决本发明的技术问题所采取的技术方案是：提供一种油溶性量子点转化为水溶性量子点的方法，该方法包括如下步骤：
步骤一、将聚马来酸酐，腺嘌呤或者组胺，以及4-二甲氨基吡啶溶解于二甲亚砜中，反应之后得到配位聚合物溶液；
步骤二、将油溶性量子点溶解于氯仿中，制得油溶性量子点的氯仿溶液；
步骤三、将步骤一中的配位聚合物溶液缓慢加入步骤二中的油溶性量子点的氯仿溶液中，形成透明溶液后，加入氢氧化钠水溶液，离心后取上层水溶液，用超滤管除去多余聚合物后得到滤渣，将该滤渣溶解于水中即得到水溶性量子点溶液。
优选地，在步骤一中，反应时间为8小时。
优选地，在步骤二中，所述油溶性量子点为油溶性量子点CdTe/CdSe或者CdSe/ZnS。
优选地，在步骤二中，油溶性量子点的发射波长为525nm~800nm。
优选地，在步骤三中，离心速度为10000转/分钟，离心时间为10分钟。
优选地，在步骤三中，所述超滤管为50KDa的超滤管。
与现有技术相比，本发明是结合配体交换与两亲聚合物修饰的优势，采用配位聚合物为修饰试剂，使油溶性量子点转水后既保持了原有的光学性质，其粒径又没有发生很大变化，在转水的同时实现量子点的功能化，便于后期与生物分子的连接。这种方法简单易行，重现性好，具有通用性。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为本发明实施例的油溶性量子点转化为水溶性量子点的示意图；
图2为本发明实施例1-7得到的不同颜色量子点转化为水溶性量子点后在紫外灯下的照片；
图3为本发明实施例1-7得到的不同颜色量子点在转化为水溶性量子点后的荧光光谱图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明提供了一种油溶性量子点的转化为水溶性量子点的方法，该方法包括如下步骤：
步骤一、将聚马来酸酐，腺嘌呤或者组胺，以及4-二甲氨基吡啶溶解于二甲亚砜中，反应8小时之后得到配位聚合物溶液；
步骤二、将油溶性量子点（CdTe/CdSe或者CdSe/ZnS）溶解于氯仿中，制得油溶性量子点的氯仿溶液；其中，该油溶性量子点的发射波长为525~800nm；
步骤三、将步骤一中的配位聚合物溶液缓慢加入步骤二中的油溶性量子点的氯仿溶液中，形成透明溶液后，加入氢氧化钠水溶液，再将该混合溶液放入离心速度为10000转/分钟的离心机中离心10分钟，之后，取上层水溶液，用50KDa的超滤管除去多余聚合物后得到滤渣，将该滤渣溶解于水中即得到水溶性量子点溶液。
本发明提供的这种高效的油溶性量子点转化为水溶性量子点的方法采用配位聚合物为修饰试剂，利用配位聚合物侧链上的配位基团与油溶性量子点表面存在的配位相互作用，通过非常简单易行的两相分离法，成功高效地实现了油溶性量子点转化为水溶性量子点，可以得到高质量的水溶性量子点的产物。这种修饰方法制备的水溶性量子点产物具有非常优异的光学性能及稳定性。荧光强度高、量子产率高、光稳定性和抗光漂白性好、水溶液的稳定性长达数月并且对高盐溶液也非常稳定。这种转化方法简单易行、可操作性强、重复性好，所得的产物可以广泛用于生物标记、显微成像和生化检测等生物分析领域。
以下将通过不同实施例具体描述本发明的一种油溶性量子点的转化为水溶性量子点的方法。
实施例1：
步骤1、配位聚合物A的制备：称取聚马来酸酐1g，腺嘌呤或者组胺1g，4-二甲氨基吡啶0.01g，溶解于20ml二甲亚砜中，反应8小时后，备用；
步骤2、油溶性量子点（CdSe/ZnS）的氯仿溶液B的制备：可采用该文献（Li,J.J.;Wang,Y.A.;Guo,W.;Keay,J.C.;Mishima,T.D.;Johnson,M.B.;Peng,X.J.Am.Chem.Soc.2003,125,12567）中的方法制备油溶性量子点CdSe/ZnS，通过控制反应时间，得到发射波长525nm的量子点，然后将发射波长525nm的量子点溶解于氯仿中，制得浓度为0.1mg/ml的油溶性量子点的氯仿溶液；
步骤3、油溶性量子点转化为水溶性量子点：将A溶液1ml缓慢加入B溶液1ml中，形成透明溶液后，再加入1M的氢氧化钠水溶液0.5ml，10000转/分钟（rpm）离心10分钟（min）后取上层水溶液，用50KDa的超滤管除去多余聚合物，将未被过滤掉的剩余物（滤渣）溶解于1ml水中即得到本发明水溶性量子点溶液。
实施例2：
步骤1、同实施例1的步骤1；
步骤2、油溶性量子点（CdSe/ZnS）的氯仿溶液B的制备：可采用该文献（Li,J.J.;Wang,Y.A.;Guo,W.;Keay,J.C.;Mishima,T.D.;Johnson,M.B.;Peng,X.J.Am.Chem.Soc.2003,125,12567）中的方法制备油溶性量子点CdSe/ZnS，通过控制反应时间，得到发射波长545nm的量子点，然后将发射波长545nm的量子点溶解于氯仿中，制得浓度为0.1mg/ml的油溶性量子点的氯仿溶液；
步骤3、油溶性量子点转化为水溶性量子点：将A溶液1ml缓慢加入B溶液1ml中，形成透明溶液后，再加入1M的氢氧化钠水溶液0.5ml，10000rpm离心10min后取上层水溶液，用50KDa的超滤管除去多余聚合物，将其溶解于1ml水中即得到本发明水溶性量子点溶液。
实施例3：
步骤1、同实施例1的步骤1；
步骤2、油溶性量子点（CdSe/ZnS）的氯仿溶液B的制备：可采用该文献（Li,J.J.;Wang,Y.A.;Guo,W.;Keay,J.C.;Mishima,T.D.;Johnson,M.B.;Peng,X.J.Am.Chem.Soc.2003,125,12567）中的方法制备油溶性量子点，通过控制反应时间，得到发射波长565nm的量子点，然后将发射波长565nm的量子点溶解于氯仿中，制得浓度为0.1mg/ml的油溶性量子点的氯仿溶液；
步骤3、油溶性量子点转化为水溶性量子点：将A溶液1ml缓慢加入B溶液1ml中，形成透明溶液后，再加入1M的氢氧化钠水溶液0.5ml，10000rpm离心10min后取上层水溶液，用50KDa的超滤管除去多余聚合物，将其溶解于1ml水中即得到本发明水溶性量子点溶液。
实施例4：
步骤1、同实施例1的步骤1；
步骤2、油溶性量子点（CdSe/ZnS）的氯仿溶液B的制备：可采用文献（Li,J.J.;Wang,Y.A.;Guo,W.;Keay,J.C.;Mishima,T.D.;Johnson,M.B.;Peng,X.J.Am.Chem.Soc.2003,125,12567）中的方法制备油溶性量子点，通过控制反应时间，得到发射波长585nm的量子点，然后将发射波长585nm的量子点溶解于氯仿中，制得浓度为0.1mg/ml的量子点的氯仿溶液；
步骤3、油溶性量子点转化为水溶性量子点：将A溶液1ml缓慢加入B溶液1ml中，形成透明溶液后，再加入1M的氢氧化钠水溶液0.5ml，10000rpm离心10min后取上层水溶液，用50KDa的超滤管除去多余聚合物，将其溶解于1ml水中即得到本发明水溶性量子点溶液。
实施例5：
步骤1、同实施例1的步骤1；
步骤2、油溶性量子点（CdSe/ZnS）的氯仿溶液B的制备：可采用文献（Li,J.J.;Wang,Y.A.;Guo,W.;Keay,J.C.;Mishima,T.D.;Johnson,M.B.;Peng,X.J.Am.Chem.Soc.2003,125,12567）中的方法制备油溶性量子点，通过控制反应时间，得到发射波长605nm的量子点，然后将发射波长605nm的量子点溶解于氯仿中，制得浓度为0.1mg/ml的量子点的氯仿溶液；
步骤3、油溶性量子点转化为水溶性量子点：将A溶液1ml缓慢加入B溶液1ml中，形成透明溶液后，再加入1M的氢氧化钠水溶液0.5ml，10000rpm离心10min后取上层水溶液，用50KDa的超滤管除去多余聚合物，将其溶解于1ml水中即得到本发明水溶性量子点溶液。
实施例6：
步骤1、同实施例1的步骤1；
步骤2、油溶性量子点（CdTe/CdSe）的氯仿溶液B的制备：可采用文献（Hu,D.;Zhang,P.;Gong,P.;Lian,S.;Lu,Y.;Gao,D.;Cai,L.Nanoscale2011,3,4724）中的方法制备油溶性量子点，通过控制反应时间，得到发射波长700nm的量子点，然后将发射波长700nm的量子点溶解于氯仿中，制得浓度为0.1mg/ml的量子点的氯仿溶液；
步骤3、油溶性量子点转化为水溶性量子点：将A溶液1ml缓慢加入B溶液1ml中，形成透明溶液后，再加入1M的氢氧化钠水溶液0.5ml，10000rpm离心10min后取上层水溶液，用50KDa的超滤管除去多余聚合物，将其溶解于1ml水中即得到本发明水溶性量子点溶液。
实施例7：
步骤1、同实施例1的步骤1；
步骤2、油溶性量子点（CdTe/CdSe）的氯仿溶液B的制备：可采用文献（Hu,D.;Zhang,P.;Gong,P.;Lian,S.;Lu,Y.;Gao,D.;Cai,L.Nanoscale2011,3,4724）中的方法制备油溶性量子点，通过控制反应时间，得到发射波长800nm的量子点，然后将发射波长800nm的量子点溶解于氯仿中，制得浓度为0.1mg/ml的量子点的氯仿溶液；
步骤3、油溶性量子点转化为水溶性量子点：将A溶液1ml缓慢加入B溶液1ml中，形成透明溶液后，再加入1M的氢氧化钠水溶液0.5ml，10000rpm离心10min后取上层水溶液，用50KDa的超滤管除去多余聚合物，将其溶解于1ml水中即得到本发明水溶性量子点溶液。
实施例8：
步骤1、同实施例1的步骤1；
步骤2、油溶性量子点（CdTe/CdSe）的氯仿溶液B的制备：可采用文献（Hu,D.;Zhang,P.;Gong,P.;Lian,S.;Lu,Y.;Gao,D.;Cai,L.Nanoscale2011,3,4724）中的方法制备油溶性量子点，通过控制反应时间，得到发射波长700nm-820nm的量子点，然后将发射波长700nm-820nm的量子点溶解于氯仿中，制得浓度为0.1mg/ml的量子点的氯仿溶液；
步骤3、油溶性量子点转化为水溶性量子点：将A溶液1ml缓慢加入B溶液1ml中，形成透明溶液后，再加入1M的氢氧化钠水溶液0.5ml，10000rpm离心10min后取上层水溶液，用50KDa的超滤管除去多余聚合物，将其溶解于1ml水中即得到本发明水溶性量子点溶液。
图2为实施例1-7的不同颜色量子点转化为水溶性量子点后在紫外灯下的照片，从图中可以看到不同颜色的量子点转化为水溶性量子点后在水溶液中都具有较强的荧光；图3为不同颜色量子点转化为水溶性量子点后的荧光光谱，可以看到转化为水溶性量子点后的量子点发散波长覆盖525nm到800nm波长。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种油溶性量子点转化为水溶性量子点的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤一、将聚马来酸酐，腺嘌呤或者组胺，以及4-二甲氨基吡啶溶解于二甲亚砜中，反应之后得到配位聚合物溶液；
步骤二、将油溶性量子点溶解于氯仿中，制得油溶性量子点的氯仿溶液；
步骤三、将步骤一中的配位聚合物溶液缓慢加入步骤二中的油溶性量子点的氯仿溶液中，形成透明溶液后，加入氢氧化钠水溶液，离心后取上层水溶液，用超滤管除去多余聚合物后得到滤渣，将该滤渣溶解于水中即得到水溶性量子点溶液。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤一中，反应时间为8小时。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤二中，所述油溶性量子点为油溶性量子点CdTe/CdSe或者CdSe/ZnS。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤二中，油溶性量子点的发射波长为525nm~800nm。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤三中，离心速度为10000转/分钟，离心时间为10分钟。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤三中，所述超滤管为50KDa的超滤管。
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