CN109100340B - 一种硫化镉量子点修饰的可植入传感器的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及传感器领域，公开了一种硫化镉量子点修饰的可植入传感器的制备方法，本发明制备方法通过改进的再沉淀方法制备染料掺杂的聚合物位点，用Pd（II）八乙基卟啉（PdOEP）染料掺杂PDHF聚合物位点，然后将水热法得到的硫化镉量子点修饰染料掺杂的聚合物位点，最后通过1‑(3‑二甲氨基丙基)‑3‑乙基碳二亚胺盐酸盐（EDC）催化的肽将葡萄糖氧化酶与聚合物位点的表面缀合，使葡萄糖氧化酶与聚合物位点生物偶联，以此得到一种硫化镉量子点修饰的可植入传感器，与传统传感器相比具有更加优异的检测性能。本发明传感器柔性好，可应用于医疗生物监测，环境和卫生监测等领域。

Description

一种硫化镉量子点修饰的可植入传感器的制备方法
技术领域
本发明涉及传感器领域，尤其涉及一种硫化镉量子点修饰的可植入传感器的制备方法。
背景技术
传感器是人类自身对自然界各种感觉信息的探知，能够对不同信号和感知信息转化为可数字化、智能化的重要器件。在人类文明信息技术高速发展的过程中，传感器起到了越来越重的作用，是人类探索未知世界，同时也是人类了解现实世界，观察周边信息的重要手段之一。传感器是一种能把电、光、温度以及化学作用等非电学信号转化为电学信号的可调控的元器件。
由于量子点的尺寸小于电子波长，其载流子的能量呈量子化，使得半导体量子点具有优异的光学、电学和磁学性能，近年来引起了人们的广泛关注，并将其应用于生物荧光标签、生物传感器、生物成像、生物探针以及太阳能电池科技领域。
可植入医疗电子器件的需求越来越多，对其工作性能要求也越来越高。长期以来已经探索了诸如吸光光度法、荧光和表面等离子共振的光学方法来检测人体内葡萄糖浓度。然而，由于光学传感器的性能有限以及它们所需的庞大仪器，这些方案尚未获得临床成功，为了改进以上缺陷，亟需开发出一种能即时检测葡萄糖的可植入传感器。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种硫化镉量子点修饰的可植入传感器的制备方法。本发明制备方法通过改进的再沉淀方法制备染料掺杂的聚合物位点，用Pd(II)八乙基卟啉染料掺杂聚合物位点，然后将水热法得到的硫化镉量子点修饰染料掺杂的聚合物位点，最后通过1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐催化的肽将葡萄糖氧化酶与聚合物位点的表面缀合，使葡萄糖氧化酶与聚合物位点生物偶联，以此得到一种硫化镉量子点修饰的可植入传感器，与传统传感器相比具有更加优异的检测性能。
本发明的具体技术方案为：一种硫化镉量子点修饰的可植入传感器的制备方法，包括如下步骤：
(1)染料掺杂的聚合物位点溶液的制备：首先将聚9，9-二己基芴、聚苯乙烯-碳酸酯共聚物和Pd(II)八乙基卟啉分别溶解在四氢呋喃中制得总浓度为1-2mg/mL的溶液；将溶液在四氢呋喃中进一步混合稀释至聚9，9-二己基芴浓度为80-100μg/mL，聚苯乙烯-碳酸酯共聚物浓度为8-10μg/mL，Pd(II)八乙基卟啉浓度为8-10μg/mL；然后将4-9mL所得溶液加入到10-15mL去离子水中，超声处理10-15分钟；将溶液在氮气气氛中加热，除去四氢呋喃后，将溶液继续浓缩，并通过过滤器过滤，得到染料掺杂的聚合物位点溶液。
Pd(II)八乙基卟啉是一种高效的磷光染料，卟啉化合物本身有长寿命的激发三重态，引入钯原子可通过强的旋轨耦合降低磷光寿命，增强磷光效率，金属有机钯电致磷光材料的磷光寿命普遍要比铱配合物要长，并且器件效率普遍较高，磷光染料掺杂的聚合物位点可以在植入人体后发出强磷光，根据磷光效应的强度检测人体内葡萄糖含量。
(2)硫化镉量子点的制备：将200-400mL的硫化钠溶液和250-400mL的醋酸镉溶液混合并搅拌2-4h，超声处理30-40分钟，静置24-36h，4000-5000rpm离心得到沉淀，用去离子水洗涤，将洗涤后的沉淀放入聚四氟乙烯反应釜中，反应72-84h，室温下冷却，用去离子水和乙醇溶液洗涤，干燥4-6h，研磨后得到硫化镉量子点。
由于量子点的尺寸小于电子波长，其载流子的能量呈量子化，使得半导体量子点具有优异的光学、电学和磁学性能。硫化镉禁带宽度Eg＝2.42eV，在可见光范围内，室温下的禁带宽度为Eg＝2.53eV，其作为一种新型的荧光物质，荧光发射峰的强度是有机荧光分子的几十倍，更重要的是，半导体量子点的荧光强度在长时间持续发射下不会减弱，荧光发射较为稳定。
(3)硫化镉量子点修饰的聚合物位点的制备：将硫化镉量子点加入到染料掺杂的聚合物位点溶液中，超声分散均匀，置于聚四氟乙烯反应釜中，在160-200℃的水浴中搅拌反应2-4h，在室温下冷却，得到硫化镉量子点修饰的聚合物位点。
磷光材料构造的器件易形成三线态的饱和猝灭，量子效率通常较低，经过硫化镉量子点的修饰可以增强荧光强度，提高整体的量子效率。
(4)硫化镉量子点修饰的可植入传感器的制备：通过1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐催化的肽将葡萄糖氧化酶与硫化镉量子点修饰的聚合物位点的表面缀合，具体为：将125-150μL葡萄糖氧化酶溶液和100-150μL的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐溶液依次加入到硫化镉量子点修饰的聚合物位点的溶液中，在室温下充分搅拌混合4-6小时；使用凝胶培养基通过尺寸排阻柱分离游离的葡萄糖氧化酶分子，得到硫化镉量子点修饰的可植入传感器。
1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐是一种水溶性的新的碳二亚胺衍生物，其具有反应条件温和，产率高，选择性好，对环境友好等特点。本发明将葡萄糖氧化酶与聚合物位点的表面缀合可以检测到人体内的葡萄糖，通过信息传送到外部的智能器件上进行信息转换，以此来判断人体内的葡萄糖浓度的高低，因此可植入的生物传感器可用于人体健康监测。
作为优选，步骤(1)中，加热温度为90-100℃。
作为优选，步骤(1)中，所用过滤器的规格为0.2-0.4mm。
作为优选，步骤(2)，所述硫化钠溶液的浓度为0.14-0.21M，醋酸镉溶液的浓度为0.14-0.21M。
作为优选，步骤(2)中，反应温度为200-220℃。
作为优选，步骤(2)中，所述乙醇溶液的浓度为99wt％。
作为优选，步骤(2)中，干燥温度为80-100℃。
作为优选，步骤(3)中，硫化镉量子点的添加量为2-4mg，染料掺杂的聚合物位点溶液用量为8-10mL。
作为优选，步骤(4)中，所述葡萄糖氧化酶溶液的浓度为10-14μM，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐溶液的浓度为5-10mg/mL，且上述两溶液为新鲜配制。
作为优选，步骤(4)中，所述凝胶培养基为聚丙烯酰胺葡聚糖-300凝胶培养基。
与现有技术对比，本发明的有益效果是：
1、本发明以染料掺杂的聚合物位点为基底，Pd(II)八乙基卟啉是一种高效的磷光染料，磷光染料掺杂的聚合物位点可以在植入人体后发出强磷光，根据磷光效应的强度检测人体内葡萄糖含量。
2、用硫化镉量子点修饰聚合物位点，硫化镉的荧光发射峰的强度是有机荧光分子的几十倍，并且，半导体量子点的荧光强度在长时间持续发射下不会减弱，荧光发射较为稳定。
3、光学传感器将聚合物位点与葡萄糖氧化酶结合，当葡萄糖氧化反应中消耗氧时，葡萄糖氧化酶敏感地检测葡萄糖。通过对具有超长磷光寿命的聚合物位点，显示出增强的灵敏度，获得的光学图像可以用于清楚地区分正常血糖和高血糖。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
(1)染料掺杂的聚合物位点的制备：首先将聚9，9-二己基芴、聚苯乙烯-碳酸酯共聚物和Pd(II)八乙基卟啉分别溶解在四氢呋喃溶剂中制备浓度为1mg/mL的溶液。将溶液在四氢呋喃溶液中进一步混合稀释以产生由聚9，9-二己基芴(100μg/mL)，聚苯乙烯-碳酸酯共聚物(8μg/mL)和Pd(II)八乙基卟啉(8μg/mL)组成的溶液。然后，将得到的溶液混合物(4mL)加入到10mL去离子水中，然后进行超声处理10分钟。为了除去四氢呋喃溶剂，将溶液在氮气气氛中加热，加热的温度为100℃。除去四氢呋喃溶剂后，将溶液继续浓缩，并通过过滤器过滤，过滤器的规格为0.2mm，得到以染料掺杂的聚合物位点。
(2)硫化镉量子点的制备：将200mL浓度为0.14M的硫化钠溶液和250-400mL浓度为0.18M的醋酸镉溶液混合并搅拌2h，然后进行超声处理30分钟，超声后静置24h，用5000转离心机离心得到沉淀，所得沉淀用去离子水洗涤3次，将混合物放入100mL聚四氟乙烯反应釜中，在200℃高温条件下反应72h，然后在室温下冷却，用去离子水和99％的乙醇溶液洗涤4次，置于烘箱中干燥4h，烘箱的干燥温度为100℃，研磨后得到硫化镉量子点。
(3)硫化镉量子点修饰的聚合物位点的制备：将步骤(2)得到的2mg硫化镉量子点加入到步骤(1)中的8mL染料掺杂的聚合物位点溶液中，超声分散均匀，将混合溶液放置于100mL聚四氟乙烯反应釜中，在180℃的水浴中搅拌反应2h，在室温下冷却，得到硫化镉量子点修饰的聚合物位点。
(4)硫化镉量子点修饰的可植入传感器的制备：通过1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐催化的肽将浓度为10μM葡萄糖氧化酶与聚合物位点的表面缀合，将125μL浓度为8mg/mL葡萄糖氧化酶和100μL1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐溶液依次加入到步骤(3)得到的聚合物位点溶液中，将溶液在室温下充分搅拌混合4小时。最后，使用聚丙烯酰胺葡聚糖-300凝胶培养基通过尺寸排阻柱分离游离的葡萄糖氧化酶分子，得到硫化镉量子点修饰的可植入传感器。
实施例2
(1)染料掺杂的聚合物位点的制备：首先将聚9，9-二己基芴、聚苯乙烯-碳酸酯共聚物和Pd(II)八乙基卟啉分别溶解在四氢呋喃溶剂中制备浓度为1.5mg/mL的溶液，四氢呋喃溶剂的浓度为1.5mg/mL。将溶液在四氢呋喃溶液中进一步混合稀释以产生由聚9，9-二己基芴(90μg/mL)，聚苯乙烯-碳酸酯共聚物(9μg/mL)和Pd(II)八乙基卟啉(99μg/mL)组成的溶液。然后，将得到的溶液混合物(7mL)加入到10mL去离子水中，然后进行超声处理10分钟。为了除去四氢呋喃溶剂，将溶液在氮气气氛中加热，加热的温度为90℃。除去四氢呋喃溶剂后，将溶液继续浓缩，并通过过滤器过滤，过滤器的规格为0.3mm，得到以染料掺杂的聚合物位点。
(2)硫化镉量子点的制备：将280mL浓度为0.14M的硫化钠溶液和250mL浓度为0.17M的醋酸镉溶液混合并搅拌2h，然后进行超声处理40分钟，超声后静置28h，用45000转离心机离心得到沉淀，所得沉淀用去离子水洗涤3次，将混合物放入100mL聚四氟乙烯反应釜中，在220℃高温条件下反应84h，然后在室温下冷却，用去离子水和99％的乙醇溶液洗涤6次，置于烘箱中干燥5h，烘箱的干燥温度为100℃，研磨后就得到硫化镉量子点。
(3)硫化镉量子点修饰的聚合物位点的制备：将步骤(2)得到的3mg硫化镉量子点加入到步骤(1)中的9mL以染料掺杂的聚合物位点溶液中，超声分散均匀，将混合溶液放置于100mL聚四氟乙烯反应釜中，在170℃的水浴中搅拌反应3h，在室温下冷却，得到硫化镉量子点修饰的聚合物位点。
(4)硫化镉量子点修饰的可植入传感器的制备：通过1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐催化的肽将浓度为13μM葡萄糖氧化酶与聚合物位点的表面缀合，将125μL浓度为5mg/mL葡萄糖氧化酶和100μL1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐溶液依次加入到步骤(3)得到的聚合物位点溶液中，将溶液在室温下充分搅拌混合4小时。最后，使用聚丙烯酰胺葡聚糖-300凝胶培养基通过尺寸排阻柱分离游离的葡萄糖氧化酶分子，得到硫化镉量子点修饰的可植入传感器。
实施例3
(1)染料掺杂的聚合物位点的制备：首先将聚9，9-二己基芴、聚苯乙烯-碳酸酯共聚物和Pd(II)八乙基卟啉分别溶解在四氢呋喃溶剂中制备浓度为2mg/mL的溶液，四氢呋喃溶剂的浓度为2mg/mL。将溶液在四氢呋喃溶液中进一步混合稀释以产生由聚9，9-二己基芴(100μg/mL)，聚苯乙烯-碳酸酯共聚物(10μg/mL)和Pd(II)八乙基卟啉(10μg/mL)组成的溶液。然后，将得到的溶液混合物(9mL)加入到15mL去离子水中，然后进行超声处理15分钟。为了除去四氢呋喃溶剂，将溶液在氮气气氛中加热，加热的温度为95℃。除去四氢呋喃溶剂后，将溶液继续浓缩，并通过过滤器过滤，过滤器的规格为0.4mm，得到以染料掺杂的聚合物位点。
(2)硫化镉量子点的制备：将400mL浓度为0.21M的硫化钠溶液和250-400mL浓度为0.21M的醋酸镉溶液混合并搅拌4h，然后进行超声处理40分钟，超声后静置36h，用4500转离心机离心得到沉淀，所得沉淀用去离子水洗涤4次，将混合物放入100mL聚四氟乙烯反应釜中，在210℃高温条件下反应78h，然后在室温下冷却，用去离子水和99％的乙醇溶液洗涤4次，置于烘箱中干燥6h，烘箱的干燥温度为100℃，研磨后就得到硫化镉量子点。
(3)硫化镉量子点修饰的聚合物位点的制备：将步骤(2)得到的3mg硫化镉量子点加入到步骤(1)中的10mL以染料掺杂的聚合物位点溶液中，超声分散均匀，将混合溶液放置于100mL聚四氟乙烯反应釜中，在170℃的水浴中搅拌反应3h，在室温下冷却，得到硫化镉量子点修饰的聚合物位点。
(4)硫化镉量子点修饰的可植入传感器的制备：通过1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐催化的肽将浓度为13μM葡萄糖氧化酶与聚合物位点的表面缀合，将130μL浓度为6mg/mL葡萄糖氧化酶和100μL1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐溶液依次加入到步骤(3)得到的聚合物位点溶液中，将溶液在室温下充分搅拌混合6小时。最后，使用聚丙烯酰胺葡聚糖-300凝胶培养基通过尺寸排阻柱分离游离的葡萄糖氧化酶分子，得到硫化镉量子点修饰的可植入传感器。
本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种硫化镉量子点修饰的可植入传感器的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）染料掺杂的聚合物位点溶液的制备：首先将聚9,9-二己基芴、聚苯乙烯–碳酸酯共聚物和Pd（II）八乙基卟啉分别溶解在四氢呋喃中制得总浓度为1-2mg/mL的溶液；将溶液在四氢呋喃中进一步混合稀释至聚9,9-二己基芴浓度为80-100μg/mL，聚苯乙烯–碳酸酯共聚物浓度为8-10μg/mL，Pd（II）八乙基卟啉浓度为8-10μg/mL；然后将4-9mL所得溶液加入到10-15mL去离子水中，超声处理10-15分钟；将溶液在氮气气氛中加热，除去四氢呋喃后，将溶液继续浓缩，并通过过滤器过滤，得到染料掺杂的聚合物位点溶液；
（2）硫化镉量子点的制备：将200-400mL的硫化钠溶液和250-400mL的醋酸镉溶液混合并搅拌2-4h，超声处理30-40分钟，静置24-36h，4000-5000rpm离心得到沉淀，用去离子水洗涤，将洗涤后的沉淀放入聚四氟乙烯反应釜中，反应72-84h，室温下冷却，用去离子水和乙醇溶液洗涤，干燥4-6h，研磨后得到硫化镉量子点；
（3）硫化镉量子点修饰的聚合物位点的制备：将硫化镉量子点加入到染料掺杂的聚合物位点溶液中，超声分散均匀，置于聚四氟乙烯反应釜中，在160-200℃的水浴中搅拌反应2-4h，在室温下冷却，得到硫化镉量子点修饰的聚合物位点；
（4）硫化镉量子点修饰的可植入传感器的制备：将125-150μL葡萄糖氧化酶溶液和100-150μL的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐溶液依次加入到硫化镉量子点修饰的聚合物位点的溶液中，在室温下充分搅拌混合4-6小时；使用凝胶培养基通过尺寸排阻柱分离游离的葡萄糖氧化酶分子，得到硫化镉量子点修饰的可植入传感器。
2.如权利要求1所述的一种硫化镉量子点修饰的可植入传感器的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，加热温度为90-100℃。
3.如权利要求1所述的一种硫化镉量子点修饰的可植入传感器的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所用过滤器的规格为0.2-0.4mm。
4.如权利要求1所述的一种硫化镉量子点修饰的可植入传感器的制备方法，其特征在于，步骤（2），所述硫化钠溶液的浓度为0.14-0.21M，醋酸镉溶液的浓度为0.14-0.21M。
5.如权利要求1所述的一种硫化镉量子点修饰的可植入传感器的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，反应温度为200-220℃。
6.如权利要求1所述的一种硫化镉量子点修饰的可植入传感器的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述乙醇溶液的浓度为99wt%。
7.如权利要求1所述的一种硫化镉量子点修饰的可植入传感器的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，干燥温度为80-100℃。
8.如权利要求1所述的一种硫化镉量子点修饰的可植入传感器的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，硫化镉量子点的添加量为2-4mg，染料掺杂的聚合物位点溶液用量为8-10mL。
9.如权利要求1所述的一种硫化镉量子点修饰的可植入传感器的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，所述葡萄糖氧化酶溶液的浓度为10-14μM，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐溶液的浓度为5-10mg/mL，且上述两溶液为新鲜配制。
10.如权利要求1所述的一种硫化镉量子点修饰的可植入传感器的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，所述凝胶培养基为聚丙烯酰胺葡聚糖-300凝胶培养基。
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