不同形状CdS纳米材料的合成、表征及毒性研究

摘要

CdS是一种典型的Ⅱ-Ⅵ族半导体材料，在室温下的禁带宽度为2.42 eV，其激发光谱单一、发光效率高、发光颜色可调谐，在生物、医学等研究领域有着广阔的应用前景。随着CdS纳米晶应用范围的扩大，它的生物环境效益与安全性也逐渐引起了人们的高度重视。由于纳米材料的特殊性，即便是同种材料，尺寸形貌不同，其生物毒效应也会相差很大。因此，不同形貌的CdS纳米材料的合成、表征及毒性研究具有极其重要的意义。本文选用简单易行的制备路线合成了六种性能优良的CdS纳米材料，基于发光细菌发光抑制法首次考察了形状对纳米材料毒性的影响，并详细探讨了毒性机理。主要研究工作归纳如下：
　　 (1)建立了一种合成多臂CdS纳米棒的新方法，以二乙基二硫代氨基甲酸镉(CDC)为单一前驱体，在油胺介质中裂解得到了荧光性能优良，平均直径约为5 nm，平均臂长约为36 nm的多臂CdS纳米棒。研究了前体中Cd/S配比和裂解时间对CdS纳米棒光学性能的影响。然后，选择二巯基辛酸(DHLA)为修饰剂，基于双巯基与纳米晶表面金属原子的螯合作用，得到了水溶性多臂CdS纳米棒。此外，以Cd(Ac)2·2H2O和L-半胱氨酸为原料，溶剂热法合成了直径约为23 nm，长度约为33 nm的米粒状CdS纳米棒。
　　 (2)分别以DHLA、巯基琥珀酸(MSA)和巯基乙酸(MAA)为稳定剂，水相中合成了三种荧光性能良好的CdS量子点(QDs)，并对其基本性能进行表征。此外，以CDC为单一前体，在十八烯(ODE)介质中裂解，得到了单分散性好、性能优良的油溶性ODE-CdS QDs。
　　 (3)首次考察了形状对CdS纳米材料毒性的影响，运用发光细菌发光抑制法检测DHLA修饰的三种CdS纳米材料(多臂棒、米粒棒、QDs)的毒性。研究了纳米材料形状、紫外照射和维生素C(VC)对三种CdS纳米材料毒性的影响，并详细探讨了毒性机理。三种CdS纳米材料的半数有效浓度(EC50)值和细菌样品的透射电子显微镜(TEM)结果表明：由于多臂CdS有多条臂，任意方向都能刺伤细胞，毒性最大；而米粒状CdS纳米棒只有两端可以刺伤细胞，毒性稍小；CdS QDs为规则的球形，对细胞无机械刺伤作用，因此毒性最小。同时，研究还发现，紫外照射可以不同程度的增加三种CdS纳米材料的毒性，VC可以减小CdSQDs的毒性，却增加了两种CdS纳米棒的毒性。