核壳型量子点和功能化聚苯乙烯微球的制备、表征及在荧光标记上的应用

摘要

核壳型量子点和功能化聚苯乙烯微球的制备、化学修饰及将其作为荧光探针在化学生物学、分子生物学、医学等领域的研究为当前最热门的课题之一。本文对核壳型量子点和功能化聚苯乙烯微球的制备及在荧光标记上的应用进行了详细研究。论文主要分为两个部分：第一部分从核壳型量子点的制备、表征以及核壳型量子点在化学生物分析中的应用着手，发展了高灵敏、操作简单、低成本而且多用途的荧光检测方法；第二部分从功能化聚苯乙烯微球的制备着手，对其进行了表征，通过与量子点、荧光素的结合制各出了荧光复合材料，并在应用上做了相关研究。本文主要开展的工作如下：
　　 合成了巯基丙酸修饰的CdSe/ZnS核壳型量子点，并以该量子点为荧光探针，发展了一种可用于快速细菌定量的新方法。该检测方法原理是基于所制备的量子点探针能在EDC和NHS的作用下与细菌表面氨基直接发生偶联，通过细菌数量差异导致的体系荧光差异而对细菌进行定量。以大肠杆菌为检测对象，在优化的实验条件下，该方法的线性范围为102～106 CFU/mL，检测限为102 CFU/mL。此外，我们还对5种真实样品进行了细菌数量的测定，检测结果与平板计数方法基本一致，相对标准偏差在5.9～8.8％之间，由此可见，基于巯基丙酸修饰的CdSe/ZnS核壳型量子点在细菌计数上的应用是可行的。
　　 采用反相微乳液技术，以CdSe/ZnS量子点作为内核材料，利用温和实验条件下硅烷化试剂水解的原理，实现了硅壳型量子点荧光纳米颗粒的成功制备，并创新性的发展了一种用于细菌定量的快速检测方法。该荧光纳米颗粒分散性好，并根据实验需要带上了氨基、磷酸基等化学基团，易与生物分子结合。在戊二醛作用下能与细菌表面氨基发生偶联。在优化的实验条件下，该方法的线性范围为3×102～107 CFU/mL，检测限为3×102 CFU/mL，至少比常用的平板计数法低10～20倍。我们还对7种真实样品进行了测定，检测结果与平板计数方法一致，标准偏差在允许范围之内，并且有好的重现性。本实验不仅证实了CdSe/ZnS/SiO2复合量子点用于快速细菌定量的可行性，并且为使这一新型细菌定量方法发展成为一种通用型检测手段迈出了非常重要的一步。
　　 采用水相合成法分别用CdCl2·2.5 H2O、Se和Na2S代替有机金属物作为前体在低温合成了柠檬酸修饰的CdSe/CdS核壳型量子点。所合成的量子点大小均一，光稳定性强，连续照射3600 s以后，其荧光强度几乎没有变化。并以此核壳型量子点为荧光探针，牛血清白蛋白(BSA)为检测对象，发展了一种快速、超灵敏、简单的蛋白质测定方法。该方法的检测范围为0.1～10μg/mL，检测限为0.06μg/mL，优于传统的用有机荧光染料为荧光探针定量检测蛋白的方法。我们还对3种人工混合样品进行了测定，检测结果与真实值基本一致。由此可见，水溶性CdSe/CdS核壳型量子点是一种理想的荧光探针，其在蛋白质定量检测上的应用是可行的。
　　 以巯基丙酸修饰的CdSe/ZnS核壳型量子点作为荧光探针，以酶检测法为基础，首次利用乙醇氧化酶催化氧化乙醇释放的H2O2能引起量子点荧光淬灭的原理，建立了一种快速、简单、有效的乙醇定量检测的新方法。并对反应时间、反应温度、乙醇氧化酶浓度及缓冲溶液pH值等多种因素的影响进行了考察。当乙醇含量在0.1 mM～8mM范围内时，量子点的荧光淬灭程度I0/I与乙醇的含量成正比，检测限为0.05 mM。我们还对4种真实样品进行了测定，检测结果与真实结果基本一致，相对误差在2.9～4.9％之间。实验证明以酶检测法和量子点荧光检测相结合是一种更为理想的乙醇检测方法。
　　 采用4-VBTU、苯乙烯和DVB为单体合成了巯基功能化的聚苯乙烯微球，并且建立了一种直接、可重复的、不可逆的把高含量量子点(6～15wt.％)固定在微球上的方法。首次阐述了功能化的聚苯乙烯微球可以作为一种配体来固定量子点。量子点的固定量与巯基化聚苯乙烯微球中巯基的含量成正比。所合成的QDs/聚苯乙烯微球荧光复合微球在极性和非极性的溶液中都有好的稳定性，并且保留了量子点最初优良的光学性能，是一种性能良好的复合材料。
　　 合成了表面带氨基的SiO2/聚苯乙烯微球，通过和荧光素的结合制备出一种新型荧光复合材料，并对其进行了粒径分布、荧光光谱、SEM等系列表征。通过改变试剂用量，能够有效的控制硅壳的厚度、微球的荧光强度以及微球表面氨基的多少，而且聚合微球仍具备粒径均一，不易团聚等特征，使其成为生物医学应用方面一种理想的复合材料。此外，在EDAC的存在下，SiO2/聚苯乙烯复合微球上的氨基成功与绿色荧光蛋白GFP结合，体现出了优良的生物相容性。