CN105885849B - 双量子点纳米复合物一氧化氮比率荧光探针及其制备方法 - Google Patents

双量子点纳米复合物一氧化氮比率荧光探针及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双量子点纳米复合物一氧化氮比率荧光探针及其制备方法，属于纳米技术及化学分析领域。该探针的制备方法包括以下步骤：(1)采用巯基丙酸稳定的CdSe量子点，与硅烷剂反应制得氨基表面功能化的CdSe@SiO2核壳复合物；(2)将巯基丙酸稳定的CdTe量子点分散液滴加至核壳复合物体系中，制得CdSe@SiO2‑CdTe纳米复合物；(3)向纳米复合物体系中通入NO，测定该体系的荧光发射光谱，拟合CdTe与CdSe双量子点的比率荧光强度与NO浓度之间的线性关系，构建基于CdSe@SiO2‑CdTe纳米复合物的NO比率荧光探针。与现有技术相比，本发明的荧光探针引入了比率荧光强度可显著提高NO探测的准确性和可行性，具有重要的应用价值。

Description

双量子点纳米复合物一氧化氮比率荧光探针及其制备方法
技术领域
本发明涉及纳米技术及化学分析领域，具体地说是一种双量子点纳米复合物一氧化氮比率荧光探针及其制备方法。
背景技术
作为人体中产生的一种双原子自由基，一氧化氮(nitric oxide,NO)有效地调节着心血管、呼吸及神经系统的生理功能。NO也积极参与免疫反应，促进巨噬细胞抗击外来病原体。NO具有性质活泼、寿命短，快速发生化学反应，易与其它物质结合等特点。作为重要的生物信使分子，NO可在细胞和组织中快速扩散，进而与目标物发生反应。基于此，探测NO是一项十分有意义的工作，发展一种高效的NO探测方法也引起了相关学者广泛的研究兴趣。
相比采用传统的电化学法、紫外-可见光谱法、电子自旋共振波谱法等方法探测NO，荧光法探测NO具有显著的优势，因为荧光法具有操作简单、灵敏度高、实时性等优点。文献研究表明：现有的绝大多数NO荧光探针采用单一荧光的变化来探测NO。在实际的NO探测中，探针体系的荧光强度易受其自身浓度及探测环境的干扰(如溶剂、pH、温度、离子强度等因素)，进而影响了单一荧光探测NO的准确性和可行性。当探针体系中引入参比荧光，与原有荧光构建出比率型荧光强度来测定NO，可避免探针自身浓度及探测环境的干扰。鉴于采用了比率荧光强度的方式，这将显著提高NO探测的准确性和可行性。
在先前的文献报道中，Barker等构建了基于细胞色素与有机染料的复合物，用于比率荧光测定巨噬细胞内外的NO(S.L.R.Barker,H.A.Clark,S.F.Swallen andR.Kopelman,Anal.Chem.,1999,71,1767-1772)；Soh等报道了荧光胺标记金属有机化合物与染料的复合物用于比率荧光探测NO(N.Soh,T.Imato,K.Kawamura,M.Maeda andY.Katayama,Chem.Commun.,2002,2650-2651)；Yuan等和Yu等发展了两个不同有机染料分子的结合物用于比率荧光传感NO(L.Yuan,W.Lin,Y.Xie,B.Chen and J.Song,Chem.Commun.,2011,47,9372-9374；H.Yu,L.Jin,Y.Dai,H.Li and Y.Xiao,New J.Chem.,2013,37,1688-1691)；Tian等设计了镧系化合物与罗丹明双负载的去铁铁蛋白用于比率发光传感NO(L.Tian,Z.Dai,X.Liu,B.Song,Z.Ye and J.Yuan,Anal.Chem.,2015,87,10878-10885)。
相比有机荧光染料，胶体半导体量子点(quantum dots,QDs)具有成本低、制备简单、荧光稳定性好、荧光量子产率高、激发光谱宽、发射波长和尺寸可调等诸多显著优点。经查阅文献表明：尽管使用量子点单一荧光测定NO的工作已有报道(L.Tan,A.Wan,H.Li andQ.Lu,Acta Biomater.,2012,8,3744-3753；L.Tan,A.Wan and H.Li,Mater.Chem.Phys.,2013,138,956-962)，截至目前，尚未有基于双量子点构建的复合物用于比率荧光探测NO的国内外文献和相关专利报道。
发明内容
本发明的技术任务是针对上述现有技术的不足，提供一种操作简单、成本较低、稳定性好、可行性高，在纳米科学、生物医药及化学分析等技术领域有良好应用前景的双量子点纳米复合物一氧化氮比率荧光探针。
本发明进一步的技术任务是提供上述荧光探针的制备方法。
本发明的技术任务是按以下方式实现的：双量子点纳米复合物一氧化氮比率荧光探针，其制备方法包括以下步骤：
(1)采用巯基丙酸稳定的CdSe量子点，与硅烷剂反应制得氨基表面功能化的CdSe@SiO2核壳复合物；
(2)将巯基丙酸稳定的CdTe量子点分散液滴加至步骤(1)所述核壳复合物体系中，制得CdSe@SiO2-CdTe纳米复合物；
(3)向步骤(2)所述纳米复合物体系中通入NO，测定该体系的荧光发射光谱，拟合CdTe与CdSe双量子点的比率荧光强度(ICdTe/ICdSe)与NO浓度之间的线性关系，构建基于CdSe@SiO2-CdTe纳米复合物的NO比率荧光探针。
步骤(1)的具体方法：
首先，将巯基丙酸稳定的CdSe量子点水分散液与配体交换剂添加至前驱体溶液中，在超声波作用下分散后，在搅拌条件下反应一定时间，提纯得到CdSe@SiO2复合物；然后对CdSe@SiO2复合物的SiO2表面进行-NH2改性，制得CdSe@SiO2-NH2核壳复合物。
所述配体交换剂为十六烷基三甲基溴化铵或两亲性表面活性剂(如十二烷基磺酸钠等)，优选为十六烷基三甲基溴化铵。
所述前驱体溶液可以是含有硅烷剂的碱性溶液，优选为乙醇、蒸馏水、氨水和硅烷剂的混合液，乙醇、蒸馏水、氨水和硅烷剂的体积比为50:(0.5-1.5):(0.5-1.5):(0.1-1)，所述硅烷剂优选为原硅酸四乙酯。
对CdSe@SiO2复合物的SiO2表面进行-NH2改性时，可选用3-氨基丙基三乙氧基硅烷提供-NH2，并在醇剂中完成改性处理。所述醇剂优选为乙醇等。
3-氨基丙基三乙氧基硅烷、醇剂的体积比为50:(0.1-0.2)；
CdSe@SiO2复合物与3-氨基丙基三乙氧基硅烷的质量/体积比为：10～40mg:0.1～0.2ml。
作为优选，步骤(1)中所述的CdSe量子点最大发射波长为500～550nm，CdSe量子点水分散液的质量浓度为1-10mg mL-1。CdSe量子点表面SiO2壳层厚度为5～25nm。
步骤(2)中，巯基丙酸稳定的CdTe量子点水分散液与CdSe@SiO2-NH2核壳复合物水分散液混合，制得CdSe@SiO2-CdTe纳米复合物。其具体方法优选为：将适量CdTe量子点水分散液，在缓慢磁力搅拌下逐滴加至一定浓度的CdSe@SiO2-NH2核壳复合物水分散液中，制得CdSe@SiO2-CdTe纳米复合物。
作为优选，步骤(2)中所述的CdTe量子点最大发射波长为600～650nm，CdTe量子点分散液的质量浓度为1～5mg mL-1。CdSe@SiO2-NH2核壳复合物水分散液的质量浓度为1～10mg mL-1。
步骤(3)中所述的体系中NO浓度范围优选为0.01～10μM，(如体系内NO浓度梯度为0.1～2.2μM，或0.05～2.5μM，或0.05～5.0μM，或0.01～5.0μM等)。线性拟合时选取的NO浓度值数量优选为8～20个。
本发明的双量子点纳米复合物一氧化氮比率荧光探针采用简易的静电自组装方法构建出双量子点纳米复合物，依据外层量子点的荧光会被NO淬灭，而内层量子点的荧光不受影响，进而构建出基于该双量子点的NO比率荧光探针。
与现有的技术相比，本发明的荧光探针具有方法简单、成本较低、荧光稳定性好等特点，且引入了比率荧光强度可显著提高NO探测的准确性和可行性，对于发展高质量的NO探针具有一定的参考价值。
附图说明
附图1为本发明双量子点纳米复合物NO比率荧光探针的制备方法示意图；
附图2为CdSe@SiO2-CdTe纳米复合物在不同NO浓度存在条件下的一系列荧光发射光谱图；
附图3为CdSe@SiO2-CdTe纳米复合物的比率荧光强度(ICdTe/ICdSe即I603/I532)与NO浓度之间的线性拟合曲线。
具体实施方式
参照说明书附图以具体实施例对本发明的双量子点纳米复合物一氧化氮比率荧光探针及其制备方法作以下详细地说明。
如无特别说明，下述所用各成分的含量为重量百分比含量。
实施例一：
双量子点纳米复合物NO比率荧光探针的制备方法(如图1所示)，详细的制备步骤如下：(1)选取巯基丙酸稳定的CdSe量子点，最大发射波长为532nm，配置成质量浓度为2mgmL-1的水分散液；(2)取5mL CdSe量子点水分散液与0.1g十六烷基三甲基溴化铵添加至“50mL乙醇+1mL蒸馏水+1mL氨水+0.2mL原硅酸四乙酯”的前驱体溶液中，在超声波作用下分散10min，然后在室温和磁力搅拌下反应2h；(3)通过离心处理得到CdSe@SiO2复合物，壳层厚度控制约为5nm，将其分散在“50mL乙醇+0.1mL3-氨基丙基三乙氧基硅烷”混合液中，在室温下磁力搅拌反应6h，制得CdSe@SiO2-NH2核壳复合物，配置成质量浓度为2mg mL-1备用；(4)选取巯基丙酸稳定的CdTe量子点，最大发射波长为603nm，配置质量浓度为1mg mL-1的水分散液；(5)取2mL CdTe量子点水分散液，在缓慢磁力搅拌下逐滴加至2mg mL-1的CdSe@SiO2-NH2核壳复合物水分散液中，制得1mg mL-1的CdSe@SiO2-CdTe纳米复合物；(6)向该纳米复合物体系中通入NO，体系内NO浓度梯度为0.1～2.2μM，选取NO浓度值数量为10个，测定体系的荧光发射光谱(如图2所示)；(7)对体系的比率荧光强度(ICdTe/ICdSe即I603/I532)与NO浓度进行线性拟合(如图3所示)，进而得到基于该CdSe@SiO2-CdTe纳米复合物的NO比率荧光探针。
实施例二：
双量子点纳米复合物NO比率荧光探针的制备方法，详细的制备步骤如下：(1)选取巯基丙酸稳定的CdSe量子点，最大发射波长为540nm，配置成质量浓度为4mg mL-1的水分散液；(2)取5mL CdSe量子点水分散液与0.2g十六烷基三甲基溴化铵添加至“100mL乙醇+2mL蒸馏水+2mL氨水+0.4mL原硅酸四乙酯”的前驱体溶液中，在超声波作用下分散10min，然后在室温和磁力搅拌下反应2h；(3)通过离心处理得到CdSe@SiO2复合物，壳层厚度控制约为10nm，将其分散在“100mL乙醇+0.2mL3-氨基丙基三乙氧基硅烷”混合液中，在室温下磁力搅拌反应6h，制得CdSe@SiO2-NH2核壳复合物，配置成质量浓度为4mg mL-1备用；(4)选取巯基丙酸稳定的CdTe量子点，最大发射波长为615nm，配置质量浓度为2mg mL-1的水分散液；(5)取2mL CdTe量子点水分散液，在缓慢磁力搅拌下逐滴加至2mg mL-1的CdSe@SiO2-NH2核壳复合物水分散液中，制得2mg mL-1的CdSe@SiO2-CdTe纳米复合物；(6)向该纳米复合物体系中通入NO，体系内NO浓度梯度为0.05～2.5μM，选取NO浓度值数量为12个，测定体系的荧光发射光谱；(7)对体系的比率荧光强度(ICdTe/ICdSe即I603/I532)与NO浓度进行线性拟合，进而得到基于该CdSe@SiO2-CdTe纳米复合物的NO比率荧光探针。
实施例三：
双量子点纳米复合物NO比率荧光探针的制备方法，详细的制备步骤如下：(1)选取巯基丙酸稳定的CdSe量子点，最大发射波长为525nm，配置成质量浓度为6mg mL-1的水分散液；(2)取5mL CdSe量子点水分散液与0.4g十六烷基三甲基溴化铵添加至“100mL乙醇+2mL蒸馏水+4mL氨水+0.8mL原硅酸四乙酯”的前驱体溶液中，在超声波作用下分散10min，然后在室温和磁力搅拌下反应2h；(3)通过离心处理得到CdSe@SiO2复合物，壳层厚度控制约为15nm，将其分散在“100mL乙醇+0.2mL3-氨基丙基三乙氧基硅烷”混合液中，在室温下磁力搅拌反应6h，制得CdSe@SiO2-NH2核壳复合物，配置成质量浓度为6mg mL-1备用；(4)选取巯基丙酸稳定的CdTe量子点，最大发射波长为620nm，配置质量浓度为3mg mL-1的水分散液；(5)取2mL CdTe量子点水分散液，在缓慢磁力搅拌下逐滴加至2mg mL-1的CdSe@SiO2-NH2核壳复合物水分散液中，制得4mg mL-1的CdSe@SiO2-CdTe纳米复合物；(6)向该纳米复合物体系中通入NO，体系内NO浓度梯度为0.05～5.0μM，选取NO浓度值数量为12个，测定体系的荧光发射光谱；(7)对体系的比率荧光强度(ICdTe/ICdSe即I603/I532)与NO浓度进行线性拟合，进而得到基于该CdSe@SiO2-CdTe纳米复合物的NO比率荧光探针。
实施例四：
双量子点纳米复合物NO比率荧光探针的制备方法，详细的制备步骤如下：(1)选取巯基丙酸稳定的CdSe量子点，最大发射波长为520nm，配置成质量浓度为6mg mL-1的水分散液；(2)取5mL CdSe量子点水分散液与0.4g十六烷基三甲基溴化铵添加至“100mL乙醇+2mL蒸馏水+4mL氨水+0.8mL原硅酸四乙酯”的前驱体溶液中，在超声波作用下分散10min，然后在室温和磁力搅拌下反应2h；(3)通过离心处理得到CdSe@SiO2复合物，壳层厚度控制约为15nm，将其分散在“100mL乙醇+0.2mL3-氨基丙基三乙氧基硅烷”混合液中，在室温下磁力搅拌反应6h，制得CdSe@SiO2-NH2核壳复合物，配置成质量浓度为6mg mL-1备用；(4)选取巯基丙酸稳定的CdTe量子点，最大发射波长为625nm，配置质量浓度为4mg mL-1的水分散液；(5)取2mL CdTe量子点水分散液，在缓慢磁力搅拌下逐滴加至2mg mL-1的CdSe@SiO2-NH2核壳复合物水分散液中，制得5mg mL-1的CdSe@SiO2-CdTe纳米复合物；(6)向该纳米复合物体系中通入NO，体系内NO浓度梯度为0.01～5.0μM，选取NO浓度值数量为15个，测定体系的荧光发射光谱；(7)对体系的比率荧光强度(ICdTe/ICdSe即I603/I532)与NO浓度进行线性拟合，进而得到基于该CdSe@SiO2-CdTe纳米复合物的NO比率荧光探针。
实施例五：
双量子点纳米复合物NO比率荧光探针的制备方法，详细的制备步骤如下：(1)选取巯基丙酸稳定的CdSe量子点，最大发射波长为545nm，配置成质量浓度为8mg mL-1的水分散液；(2)取5mL CdSe量子点水分散液与0.5g十六烷基三甲基溴化铵添加至“100mL乙醇+2mL蒸馏水+5mL氨水+1mL原硅酸四乙酯”的前驱体溶液中，在超声波作用下分散10min，然后在室温和磁力搅拌下反应2h；(3)通过离心处理得到CdSe@SiO2复合物，壳层厚度控制约为20nm，将其分散在“100mL乙醇+0.2mL3-氨基丙基三乙氧基硅烷”混合液中，在室温下磁力搅拌反应6h，制得CdSe@SiO2-NH2核壳复合物，配置成质量浓度为8mg mL-1备用；(4)选取巯基丙酸稳定的CdTe量子点，最大发射波长为640nm，配置质量浓度为5mg mL-1的水分散液；(5)取2mL CdTe量子点水分散液，在缓慢磁力搅拌下逐滴加至2mg mL-1的CdSe@SiO2-NH2核壳复合物水分散液中，制得5mg mL-1的CdSe@SiO2-CdTe纳米复合物；(6)向该纳米复合物体系中通入NO，体系内NO浓度梯度为0.01～10μM，选取NO浓度值数量为20个，测定体系的荧光发射光谱；(7)对体系的比率荧光强度(ICdTe/ICdSe即I603/I532)与NO浓度进行线性拟合，进而得到基于该CdSe@SiO2-CdTe纳米复合物的NO比率荧光探针。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.双量子点纳米复合物一氧化氮比率荧光探针，其特征在于：该探针的制备方法包括以下步骤：
(1)采用巯基丙酸稳定的CdSe量子点，与硅烷剂反应制得氨基表面功能化的CdSe@SiO2核壳复合物，具体方法是：
首先，将巯基丙酸稳定的CdSe量子点水分散液与配体交换剂添加至前驱体溶液中，在超声波作用下分散后，在搅拌条件下反应一定时间，提纯得到CdSe@SiO2复合物；然后对CdSe@SiO2复合物的SiO2表面进行-NH2改性，制得CdSe@SiO2-NH2核壳复合物，
所述配体交换剂为十六烷基三甲基溴化铵；
(2)将巯基丙酸稳定的CdTe量子点分散液滴加至步骤(1)所述CdSe@SiO2-NH2核壳复合物体系中，制得CdSe@SiO2-CdTe纳米复合物；
(3)向步骤(2)所述纳米复合物体系中通入NO，测定该体系的荧光发射光谱，拟合CdTe与CdSe双量子点的比率荧光强度与NO浓度之间的线性关系，构建基于CdSe@SiO2-CdTe纳米复合物的NO比率荧光探针。
2.根据权利要求1所述的双量子点纳米复合物一氧化氮比率荧光探针，其特征在于：所述前驱体溶液为乙醇、蒸馏水、氨水和硅烷剂的混合液，乙醇、蒸馏水、氨水和硅烷剂的体积比为50:(0.5-1.5):(0.5-1.5):(0.1-1)，
所述硅烷剂为原硅酸四乙酯。
3.根据权利要求1所述的双量子点纳米复合物一氧化氮比率荧光探针，其特征在于：步骤(1)中所述的CdSe量子点最大发射波长为500～550nm，CdSe量子点表面SiO2壳层厚度为5～25nm。
4.根据权利要求1所述的双量子点纳米复合物一氧化氮比率荧光探针，其特征在于：步骤(2)中，巯基丙酸稳定的CdTe量子点水分散液与CdSe@SiO2-NH2核壳复合物水分散液混合，制得CdSe@SiO2-CdTe纳米复合物。
5.根据权利要求4所述的双量子点纳米复合物一氧化氮比率荧光探针，其特征在于：步骤(2)中所述的CdTe量子点最大发射波长为600～650nm，CdTe量子点分散液的质量浓度为1～5mg mL-1。
6.根据权利要求1所述的双量子点纳米复合物一氧化氮比率荧光探针，其特征在于：步骤(3)中所述的体系中NO浓度范围为0.01～10μM，线性拟合时选取的NO浓度值数量为8～20个。
7.权利要求1所述双量子点纳米复合物一氧化氮比率荧光探针的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)采用巯基丙酸稳定的CdSe量子点，与硅烷剂反应制得氨基表面功能化的CdSe@SiO2核壳复合物，具体方法是：
首先，将巯基丙酸稳定的CdSe量子点水分散液与配体交换剂添加至前驱体溶液中，在超声波作用下分散后，在搅拌条件下反应一定时间，提纯得到CdSe@SiO2复合物；然后对CdSe@SiO2复合物的SiO2表面进行-NH2改性，制得CdSe@SiO2-NH2核壳复合物，
所述配体交换剂为十六烷基三甲基溴化铵；
(2)将巯基丙酸稳定的CdTe量子点分散液滴加至步骤(1)所述CdSe@SiO2-NH2核壳复合物体系中，制得CdSe@SiO2-CdTe纳米复合物；
(3)向步骤(2)所述纳米复合物体系中通入NO，测定该体系的荧光发射光谱，拟合CdTe与CdSe双量子点的比率荧光强度与NO浓度之间的线性关系，构建基于CdSe@SiO2-CdTe纳米复合物的NO比率荧光探针。
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