一种多壳结构的量子点复合颗粒、高荧光亮度的量子点探针及其制备方法

摘要

本发明公开了一种多壳结构的量子点复合颗粒、高荧光亮度的量子点探针及其制备方法，复合颗粒以量子点为核，量子点外包覆有半导体壳，半导体壳外包覆有复合二氧化硅壳。在复合二氧化硅壳上连接生物分子即可形成探针。本发明通过控制反应条件可以得到所需荧光波长的复合颗粒和探针，方法可操作性强，所得复合颗粒具有很好的化学物理稳定性、生物适应性和环境稳定性，形成的探针具有高稳定性与高发光亮度，在医药、生物领域将会产生很高的应用价值，可用作普通荧光探针、免疫学检测剂及其它生物传感器。

说明书

技术领域

本发明涉及一种含有高荧光亮度的多壳结构的量子点复合颗粒、其探针以及制备方法，尤其涉及一种由水溶性半导体量子点、半导体壳、含有半导体簇的SiO₂壳组成的量子点复合颗粒、以该复合颗粒为主要成分形成的探针及其制备方法。

背景技术

历经几十年的研究及发展，对于传统II-VI，III-V族半导体量子点的研究已经形成了一系列完备的制备方法和理论体系。目前有关半导体量子点的相关研究已经开始向应用方向扩展。自从1998年美国《科学》杂志报道了将量子点应用于荧光探针领域后，各国科学家开始将发光量子点用于生物检测系统，尤其是对用于示踪的各种荧光探针的研究，例如将荧光量子点用于免疫学检测。用于免疫学检测的有效的检测探针应具有高发光亮度、高稳定性、高抗光漂白性，以增加检测探针的检测灵敏度与准确度。与传统的有机发光分子荧光探针相比，荧光量子点具有信号强度高、抗光漂白、宽的激发谱和窄的发射谱等优点而成为制备有效检测探针的首选。然而由于量子点具有大的比表面积而导致其自身的物理化学性质不稳定，在应用中受环境的影响剧烈，从而很大程度上影响了对于待测物质检测响应的精确性与可重复性。因此在实用研究中，获得基于半导体量子点的新型复合材料以保持其初始的光电性质具有重要意义。

发明内容

首先，本发明提供了一种多壳结构的量子点复合颗粒，该复合颗粒是多壳结构，具有较高的荧光效率，扩展了其在生物等领域的适用性。

其次，本发明还提供了一种上述量子点复合颗粒制成的高荧光亮度的量子点探针，该探针因为发光亮度高，所以其检测灵敏度与准确度都得到了提高。

再次，本发明还提供了上述量子点复合颗粒的制备方法。

本发明多壳结构的量子点复合颗粒（简称复合颗粒，下同）由三部分组成，从内到外依次为量子点核、半导体壳以及含有半导体簇材料的复合二氧化硅壳（简称二氧化硅壳，下同），通过包覆这两层壳，量子点克服了普通半导体量子点的化学物理性质不稳定性，荧光探测易受环境影响等不足，还提高了荧光亮度。最后在量子点复合颗粒进行表面官能团的修饰以及与生物分子的共聚连接，可形成生物探针。本发明探针具有很好的生物适应性及稳定性，使量子点在生物检测、离子传感器、光器件等领域有巨大的应用价值。

本发明是通过一下措施实现的：

一种多壳结构的量子点复合颗粒，其特征是：以量子点为核，量子点外包覆有半导体壳，半导体壳外包覆有复合二氧化硅壳（简称二氧化硅壳，下同）。

本发明量子点复合颗粒中，多壳结构使量子点内核的发光强度进一步增强，而且在量子点外包覆上壳之后，量子点的物理化学稳定性和环境稳定性进一步的增强，可在生物缓冲液中稳定存在半年左右。量子点荧光强度与壳的厚度有关，具体的是跟半导体壳和复合二氧化硅壳的厚度有关，优选的，半导体壳厚度为0.3-1.5纳米，二氧化硅壳厚度为0.5-3纳米。

本发明量子点复合颗粒中，所述半导体壳成分包括但不限于ZnSe、CdSe、CdS、ZnS、Zn_xCd_1-xSe或Zn_xCd_1-xS，其中x=0.01-0.99。

本发明量子点复合颗粒中，所述量子点为水溶性量子点，量子点为II-VI和III-V族半导体材料。例如，所述量子点包括ZnSe、CdSe、CdS、CdTe、InP、ZnSe/ZnS、CdSe/ZnS、CdS/ZnS、CdTe/ZnS、Zn_xCd_1-xSe、CdSe_1-xS_x、CdSe_1-xTe_x、InP/ZnS、CdSe/ZnSe、CdS/ZnSe、CdTe/ZnSe、CdSe/CdS、InP/CdS、CdTe/CdS、CdS/Zn_xCd_1-xS、ZnSe/Zn_xCd_1-xS,、CdSe/Zn_xCd_1-xS、CdTe/Zn_xCd_1-xS或InP/Zn_xCd_1-xS，其中0<x<1。

本发明所用量子点粒径为1.5 nm～10.0 nm，其相应的荧光光谱的峰位为520 nm～750 nm。量子点包覆外壳后所得的量子点复合材料颗粒的大小为3-15纳米。

本发明量子点复合颗粒中，所述二氧化硅壳中还可以含有半导体簇，半导体为纳米小颗粒，半导体簇均匀分布在二氧化硅壳中，所述半导体簇为CdS簇或ZnS簇，半导体簇的直径为0.3-1.5nm。半导体簇的含量一般为与SiO₂的重量比为0.1-1：1。

本发明量子点复合颗粒中，为了方便制成探针时与生物分子连接，在复合颗粒二氧化硅壳上还带有巯基、羧基、氨基、聚乙二醇基中的至少一种官能团。

本发明量子点复合颗粒具有很高的发光强度，用其制成的探针时效果更好，将二氧化硅外壳上修饰上与生物分子选择性链接的巯基、羧基、氨基、聚乙二醇基等官能团，然后采用现有通用的方法将量子点复合颗粒与生物分子连接即可形成探针，所述生物分子为蛋白质分子、DNA 或抗体分子，所述抗体分子为完整的分子或者是重链、轻链、重链和轻链复合的抗体分子碎片。

本发明多壳结构的量子点复合颗粒及探针的制备方法，其特征是包括以下步骤：

（1） 半导体壳的包覆

a.       将镉或/和锌的无机化合物溶于水中，加入含有巯基的化合物混合均匀，然后调节pH至9.0～11.50，得阳离子溶液；

b.      将硫、硒单质或者硫、硒的盐用还原剂进行还原，或将含负二价硫或负二价硒的水溶性化合物溶于水，得硫或硒的阴离子溶液；

c.       将阳离子溶液和阴离子溶液按照阴离子与阳离子的摩尔比为0.4-1.5:1的配比进行混合，所得混合溶液中加入量子点，在水热或微波条件下对量子点进行半导体壳包覆，得到半导体壳包覆的量子点；

（2） 二氧化硅壳的包覆

a.       将上述制得的半导体壳包覆的量子点用醇沉淀，然后分散到水中，加入含巯基的化合物，加入含Cd或Zn的无机化合物，制得前躯体溶液，溶液中量子点的浓度为1× 10^-7～100 × 10^-7 mol/L；

b.      将上述前躯体溶液加入烷氧基硅烷试剂（也可称为硅烷试剂或者不带特殊官能团的硅烷试剂，下同）和氨水，在室温下进行二氧化硅壳的包覆，得胶体溶液；

c.       将上述胶体溶液加热回流，通过控制回流时间得到所需SiO₂壳的厚度及半导体簇大小的多壳结构的量子点复合颗粒；将量子点复合颗粒的二氧化硅壳上进一步的修饰上所需的官能团，然后按照常规方法连接上生物分子，既得探针。

上述制备方法中，为得到本发明上述结构的量子点复合颗粒或者是探针，在制备时，量子点核：半导体壳：半导体簇：SiO₂的重量比为0.2-2：0.1-1：0.1-1：1。

上述步骤（1）a中，镉或锌的无机化合物为氯化物、氧氯化物、硝酸盐、醋酸盐或硫酸盐；含有巯基的化合物包括巯基乙醇、巯基丙醇、巯基乙酸、巯基丙酸、巯基乙胺或L-半胱氨酸。

上述步骤（1）a中，巯基化合物与阳离子摩尔比为1-2:1。 

上述步骤（1）b中，阴离子溶液中所指的阴离子是为半导体簇提供阴离子的硫离子（S^2-）或硒离子（Se^2-），这些离子可以直接反应得到，例如将单质硫或硒用还原剂还原得相应的硫离子（S^2-）或硒离子（Se^2-），或者将硫或硒的盐与还原剂反应得到相应的硫离子（S^2-）或硒离子（Se^2-），所用还原剂可以是硼氢化钠，也可以是其他能将他们还原成阴离子的还原剂。还可以直接将带有他们阴离子的水溶性化合物溶解在水中，直接得到阴离子，所述水溶性化合物包括可以溶解在水里产生硫（S^2-）、硒（Se^2-）阴离子的各种化合物，例如硫化钠、硒化钠、硫氢化钠、硒氢化钠、硫化氢、硒化氢等。

上述步骤（1）b中，反应的温度为0-80摄氏度，反应在惰性气体保护下进行。

上述步骤（1）c中，量子点与阴阳离子之和的重量比为1：0.75-10。

上述步骤（1）c中，水热或微波反应的温度为100-120摄氏度。

上述步骤（2）a中，含巯基的化合物包括巯基乙醇、巯基丙醇、巯基乙酸、巯基丙酸、巯基乙胺或L-半胱氨酸；Cd或Zn的无机化合物为Cd或Zn的氯化物、Cd或Zn的氧氯化物、Cd或Zn的硝酸盐、Cd或Zn的醋酸盐、Cd或Zn的硫酸盐。

上述步骤（2）a中，巯基化合物与Cd或Zn的无机化合物的摩尔比为1:1-2。

上述步骤（2）b中，烷氧基硅烷试剂包括正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、正硅酸丙酯或正硅酸丁酯。

上述步骤（2）b中，量子点核:烷氧基硅烷试剂:氨水的摩尔比为1:10³-5×10³:5×10³-3×10⁴。

上述步骤（2）b中，氨水为市售常用氨水，其浓度为25wt%左右。

上述步骤（2）b中，根据所需二氧化硅壳的厚度，包覆二氧化硅壳的时间在1-15小时左右。

上述步骤（2）c中，回流时间的长短决定SiO₂壳的厚度及壳中半导体簇的大小，一般回流时间可在0.5-15小时范围内选择。

上述制备方法中，在制备过程中会使复合颗粒的二氧化硅壳上带有巯基和羧基，但是相对于连接生物分子所需的官能团数量来说还是比较少的，羧基、巯基、氨基、聚乙二醇基都能与相应的生物分子进行选择性连接，因此在将复合颗粒制成探针时，为了更好的用于生物应用，一般需要在复合颗粒表面再进行表面官能团修饰，或者是增加复合颗粒上原有官能团的数量，进一步的修饰上羧基或巯基，或者是修饰上氨基或聚乙二醇基，增加官能团的种类。

将多壳结构的量子点复合颗粒制成探针的详细步骤为：如果量子点复合颗粒表面没有与生物分子进行选择性连接的官能团的话，要首先将复合颗粒进行表面修饰（也可称为表面官能团化），这些官能团为氨基、巯基、聚乙二醇基、羧基等，操作过程为：将多壳结构的量子点复合颗粒分散到水中，加入含有官能团的烷氧基硅烷试剂（这些官能团指的是能与生物分子选择性连接的特殊的官能团），搅拌1-48小时，离心分离，得到表面官能团修饰的多壳结构的量子点复合颗粒，如果复合颗粒表面带有选择性官能团，则此步可省略；然后将修饰上官能团的量子点复合颗粒所述的表面连接官能团的高荧光亮度复合SiO₂包覆核壳量子点分散到pH为7.4的PBS缓冲溶液里，量子点在溶液里的浓度为1-100 × 10^-7 M，采用现今常规的的化学方法在复合颗粒SiO表面连接上所需的生物分子，得生物探针。所述生物分子为蛋白质分子、DNA 或抗体分子，所述抗体分子为完整的分子或者是重链、轻链、重链和轻链复合的抗体分子碎片。

进行表面官能团修饰时，提供氨基、巯基、聚乙二醇基和羧基的硅烷试剂包括但不限于下述硅烷试剂：氨丙基三甲氧基硅烷、氨乙基三甲氧基硅烷、氨甲基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、氨乙基三乙氧基硅烷、氨甲基三乙氧基硅烷、氨甲基三丙氧基硅烷、氨乙基三丙氧基硅烷、氨丙基三丙氧基硅烷、巯丙基三甲氧基硅烷、巯乙基三甲氧基硅烷、巯甲基三甲氧基硅烷、巯丙基三乙氧基硅烷、巯乙基三乙氧基硅烷、巯甲基三乙氧基硅烷、巯甲基三丙氧基硅烷、巯乙基三丙氧基硅烷、巯丙基三丙氧基硅烷、2-[甲氧基(聚乙二醇基)丙基]三甲氧基硅烷（英文名2-[methoxy（polyethyleneoxy）propyl]-trimethoxy-silane）、2-[甲基(聚乙二醇基)丙基]三庚乙烯基硅氧烷)（英文名2-[methoxy（polyethyleneoxy）propyl]heptamethyltrisiloxane）、2-[甲氧基(聚乙二醇基)丙基]三氯硅烷(英文名2-[methoxy(polyethyleneoxy)propyl] –trichlorosilane，分子式：CH₃O(C₂H₄O)_nC₃H₆Cl₃Si，本发明所用n=6-9) 或羧甲基硅三元醇钠（英文名carboxyethylsilanetriol sodium）。这些硅烷试剂可在市场上买到，厂商可选美国的Gelest Inc.公司。

本发明的作用之一是提高发光效率，例如如果量子点核的发光效率为30%，由此得到的复合颗粒的发光效率约为50-90%，发光效率的提高主要与中间半导体壳层及最外层的SiO₂复合壳有关；此外对半导体量子点核进行两层修饰后，发射光谱红移，其中红移会随中间半导体壳层的厚度以及复合壳中簇的增大而增加，中间半导体壳层的厚度以及复合壳中簇的大小及复合壳层的厚度由反应物浓度、反应时间、反应温度决定；再就与传统的半导体量子点比较，这种多壳结构量子点由于复合SiO₂壳的存在而表现出很好的稳定性及低的生物毒性，在生物缓冲液中稳定存在长达半年，扩展了其在生物等领域的适用性。

本发明合成了一种具有高荧光亮度的多壳结构的量子点复合颗粒，该颗粒因为具有一层半导体壳和二氧化硅壳从而具有很好的化学物理稳定性、生物适应性和环境稳定性，另外，在二氧化硅壳上还可以含有半导体簇，进一步提高复合颗粒的性能。此外，该复合颗粒可以修饰表面官能团，从而使复合颗粒与生物分子良好结合形成探针，本发明检测探针具有高稳定性与高发光亮度，在医药、生物领域将会产生很高的应用价值，可用作普通荧光探针、免疫学检测剂及其它生物传感器。

本发明方法可操作性强，通过控制反应条件可以得到所需荧光波长的复合颗粒，产品质量高。

附图说明

图1为CdTe/CdSe量子点包覆二氧化硅壳过程中吸收光谱随回流时间的变化图。

图2为图1中CdTe/CdSe量子点包覆二氧化硅壳过程中荧光光谱随回流时间的变化图。

从图1和图2可以看出：在回流初期，二氧化硅壳的包覆导致光谱红移，荧光强度增加，即发光效率提高，之后继续增加回流时间，虽然光谱继续红移，但二氧化硅壳厚度过厚后荧光强度会下降。

图3 为CdTe量子点包覆半导体CdSe壳剂、二氧化硅壳后的透射电镜照片。(a) CdTe量子点、(b) 包覆CdSe壳之后的量子点、(c)为包覆二氧化硅壳之后的量子点。

图4为图3中三种量子点相应的荧光光谱图。从图中可以看出，包覆上外壳后量子点光谱红移，发光强度提高。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行进一步的阐述，下述说明仅为了解释本发明，并不对其内容进行限定。本发明中所用的量子点可以用现有技术中公开的方法进行合成。

实施例1

1.1采用水相法合成CdTe量子点。首先合成制备CdTe量子点所需的NaHTe：将Te粉与NaBH₄按照摩尔比1:10混合，加入2ml水，氮气保护下60摄氏度水浴加热并搅拌至溶液变为淡紫色。将0.4 mmol的CdCl₂·2.5H₂O溶于25 mL水中，加入0.6 mmol巯基乙酸（TGA），搅拌，然后加入浓度为1M 的NaOH溶液直至溶液的PH值调节为11.2。将该溶液氮气除氧30分钟，然后注入上述制备的NaHTe溶液，100摄氏度下加热回流10分钟，即得水溶性的发绿色光的CdTe量子点(粒径为1.5 nm，波长为520 nm)。

1.2将0.5 mmol的CdCl₂·2.5H₂O溶于10 mL水中，加入0.75 mmol TGA，即巯基化合物与阳离子的摩尔比为1.5:1，搅拌，用浓度为1M 的NaOH溶液调其PH值为10，备用。

1.3将5.63 x 10^-7 molNaSeO₃溶于2ml水中，加入5.63 x 10^-6 mol NaBH₄，N₂保护下搅拌加热至80摄氏度，溶液由无色变红色在变无色澄清透明溶液，即为Se的前躯体溶液，备用。

1.4取10 ml 1.1中CdTe量子点原液加入反应釜中，加入28.2 ul步骤1.2中Cd²⁺溶液，再加入1.3中新制Se的前躯体，阴阳离子摩尔比为0.4:1，量子点与阴阳离子重量百分比为1:3.1，混合均匀后在100摄氏度下保温45分钟，得到CdTe/CdSe核壳结构量子点，此时CdSe壳层厚度为0.3 nm。

1.5将1.4中制得水溶性核壳结构量子点用混合醇沉淀后再分散到10 mL水中，加入巯基乙酸和Cd²⁺混合溶液，巯基乙酸与阳离子的摩尔比为1.5:1，量子点的浓度为1× 10^-6 mol/L。

1.6在步骤1.5的预处理溶液中加入2.3 uL正硅酸乙酯和8.5 uL氨水(10 wt%)，密封搅拌5小 时，完成量子点的表面SiO₂壳层包覆，该壳层中含有相应阳离子和硫醇配体，复合颗粒中量子点核/烷氧基硅烷试剂/氨水的摩尔比为1/ 1x10³/5 x10³,壳层厚度为0.5 nm。将得到的该均一透明的胶体溶液在100摄氏度下回流2小时得到复合SiO₂壳包覆的核壳量子点，此时量子点核/半导体壳/半导体簇/SiO₂的重量百分比为0.7/1.1/0.9/1，CdS半导体簇的大小为0.3 nm。图1和图2给出了复合颗粒吸收和荧光光谱随回流时间的变化。

1.7将制备步骤1.6所述的表面连接官能团的高荧光亮度复合SiO₂包覆核壳量子点分散到水中，加入巯乙基三甲氧基硅烷，搅拌10小时，之后离心分离，得到表面官能团修饰的探针颗粒。

1.8将制备步骤1.7所述的表面连接官能团的高荧光亮度复合SiO₂包覆核壳量子点分散到pH为7.4的PBS缓冲溶液里，溶液的体积为0.3 mL, 量子点在溶液里的浓度为1 × 10^-7 M；采用不同的化学方法在该SiO₂包覆核壳量子点表面连接蛋白质分子。 

实施例2

2.1采用水相法合成CdTe量子点。首先合成制备CdTe量子点所需的NaHTe：将Te粉与NaBH₄按照摩尔比1:10混合，加入2ml水，氮气保护下60摄氏度水浴加热并搅拌至溶液变为淡紫色。将0.4 mmol的CdCl₂·2.5H₂O溶于25 mL水中，加入0.6 mmol巯基乙醇，搅拌，然后加入浓度为1M 的NaOH溶液直至溶液的PH值调节为11.2。将该溶液氮气除氧30分钟，然后注入上述制备的NaHTe溶液，100摄氏度下加热回流4小时，即制得水溶性的发黄色荧光的CdTe量子点(粒径为3.2 nm，波长为580 nm)。

2.2将0.5 mmol的CdCl₂·2.5H₂O溶于10 mL水中，加入1 mmol TGA，即巯基化合物与阳离子的摩尔比为2:1，混合均匀后加入浓度为1M 的NaOH溶液直至溶液的PH值调节为11.2，备用。

2.3将3.95 x 10^-6 mol NaSeO₃溶于2 ml水中，加入3.95 x 10^-5 mol NaBH₄，N₂保护下搅拌加热至80摄氏度，溶液由无色变红色在变无色澄清透明溶液，即为Se的前躯体溶液，备用。

2.4取10 ml 2.1中CdTe量子点原液加入反应釜中，加入79 ul步骤2.2中Cd²⁺溶液，再加入2.3中新制Se的前躯体，阴阳离子摩尔比为1:1，量子点与阴阳离子重量百分比为1:1.2，搅拌，混合均匀后在100摄氏度温度下保温45分钟，得到CdTe/CdSe核壳结构量子点，此时CdSe壳层厚度为0.5 nm。

2.5将2.4中制得水溶性核壳结构量子点用混合醇沉淀后再分散到10 mL水中，加入巯基乙醇和Cd²⁺混合溶液，巯基乙醇与阳离子的摩尔比为1.5:1，量子点的浓度为1× 10^-5 mol/L。

2.6在步骤2.5的预处理溶液中加入11.4 uL正硅酸乙酯和25.7 uL氨水(10 wt%)，密封搅拌3小时，完成量子点的表面SiO₂壳层包覆，该壳层中含有相应阳离子和硫醇配体（量子点溶液中多余的游离配体，未与量子点连接），复合颗粒中量子点核/烷氧基硅烷试剂/氨水的摩尔比为1/5 x10³/1.5 x10⁴,壳层厚度为1 nm。将得到的该均一透明的胶体溶液在100摄氏度下回流5小时得到红色荧光波长的复合SiO₂壳包覆的核壳量子点，此时量子点核/半导体壳/半导体簇/SiO₂的重量百分比为0.8/0.9/0.9/1，CdS半导体簇的大小为0.5 nm。

2.7将制备步骤2.6所述的表面连接官能团的高荧光亮度复合SiO₂包覆核壳量子点分散到水中，加入巯甲基三甲氧基硅烷，搅拌24小时，之后离心分离，得到表面官能团修饰的探针颗粒。

2.8将制备步骤2.7所述的表面连接官能团的高荧光亮度复合SiO₂包覆核壳量子点分散到pH为7.4的PBS缓冲溶液里，溶液的体积为3 mL, 量子点在溶液里的浓度为1 × 10^-7 M；采用不同的化学方法在该SiO₂包覆核壳量子点表面连接DNA分子。 

实施例3

3.1采用水相法合成CdTe量子点。首先合成制备CdTe量子点所需的NaHTe：将Te粉与NaBH₄按照摩尔比1:10混合，加入2ml水，氮气保护下60摄氏度水浴加热并搅拌至溶液变为淡紫色。将0.4 mmol的CdCl₂·2.5H₂O溶于25 mL水中，加入0.6 mmol巯基乙酸（TGA），搅拌，然后加入浓度为1M 的NaOH溶液直至溶液的PH值调节为11.2。将该溶液氮气除氧30分钟，然后注入上述制备的NaHTe溶液，100摄氏度下加热回流18小时，即制得水溶性的发红色荧光的CdTe量子点(粒径为3.48 nm，波成为620 nm)，如图3(a)中所示。荧光光谱在图4中。

3.2将0.5 mmol的CdCl₂·2.5H₂O溶于10 mL水中，加入1 mmol TGA，即巯基化合物与阳离子的摩尔比为2:1，混合均匀后加入浓度为1M 的NaOH溶液直至溶液的PH值调节为11.2，备用。

3.3将4.57 x 10^-6 mol NaSeO₃溶于2 ml水中，加入4.67 x 10^-5 mol NaBH₄，N₂保护下搅拌冰浴反应（0摄氏度），溶液由无色变红色在变无色澄清透明溶液，即为Se的前躯体溶液，备用。

3.4取10 ml 3.1中红色CdTe量子点原液加入反应釜中，加入91.4 ul步骤3.2中Cd²⁺溶液，再加入3.3中新制Se的前躯体，阴阳离子摩尔比为1:1，量子点与阴阳离子重量百分比为1:1.1，混合均匀后在100摄氏度温度下保温45分钟，得到CdTe/CdSe核壳结构量子点，如图3(b)中所示，此时CdSe壳层厚度为0.5 nm。荧光光谱在图4中。

3.5将3.4中制得水溶性核壳结构量子点用混合醇沉淀后再分散到10 mL水中，加入巯基乙酸和Cd²⁺混合溶液，巯基乙酸与阳离子的摩尔比为1.5:1，量子点的浓度为1× 10^-6 mol/L。

3.4在步骤3.3的预处理溶液中加入9.1 uL烷氧基硅烷试剂和205.4 uL氨水(10 wt%)，密封搅拌3小时，完成量子点的表面SiO₂壳层包覆，该壳层中含有相应阳离子和硫醇配体，复合颗粒中量子点核/烷氧基硅烷试剂/氨水的摩尔比为1/4 x10³/1.2x10⁴,壳层厚度为1 nm。将得到的该均一透明的胶体溶液在110摄氏度下回流15小时得到复合SiO₂壳包覆的核壳量子点，此时量子点核/半导体壳/半导体簇/SiO₂的重量百分比为0.9/1/0.9/1，CdS半导体簇的大小为0.7 nm。如图3(c)中所示, 荧光光谱在图4中。

3.5将制备步骤3.4所述的表面连接官能团的高荧光亮度复合SiO₂包覆核壳量子点分散到水中，加入氨丙基三甲氧基硅烷，搅拌24小时，之后离心分离，得到表面官能团修饰的探针颗粒。

3.6将制备步骤3.5所述的表面连接官能团的高荧光亮度复合SiO₂包覆核壳量子点分散到pH为7.4的PBS缓冲溶液里，溶液的体积为3 mL, 量子点在溶液里的浓度为1 × 10^-7 M；采用不同的化学方法在该SiO₂包覆核壳量子点表面连接重链抗体分子。

实施例4

4.1采用水相合成法得到黄色的CdTe量子点，制备方法如上实施例2.1中所述。

4.2将0.5 mmol的CdCl₂·2.5H₂O溶于10 mL水中，加入0.75 mmol TGA，即巯基化合物与阳离子的摩尔比为1.5:1，搅拌，然后加入浓度为1M 的NaOH溶液直至溶液的PH值调节为11.5，备用。

4.3将1.03 x 10^-5 molNaSeO₃溶于2ml水中，加入1.03 x 10^-4 mol NaBH₄，N₂保护下搅拌加热至80摄氏度，溶液由无色变红色在变无色澄清透明溶液，即为Se的前躯体溶液，备用。

4.4取10 ml 4.1中CdTe量子点原液加入反应釜中，加入137.4 ul步骤4.2中Cd²⁺溶液，再加入4.3中新制Se的前躯体，阴阳离子摩尔比为1.5:1，量子点与阴阳离子重量百分比为1:2.5，混合均匀后在120摄氏度温度下保温45分钟，得到CdTe/CdSe核壳结构量子点，此时CdSe壳层厚度为1 nm。

4.5将4.4中制得水溶性核壳结构量子点用混合醇沉淀后再分散到2 mL水中，加入巯基乙酸和Cd²⁺混合溶液，巯基乙酸与阳离子的摩尔比为2:1，量子点的浓度为1× 10^-6 mol/L。

4.3在步骤4.2的预处理溶液中加入11.4 uL烷氧基硅烷试剂和25.7 uL氨水(10 wt%)，密封搅拌3小时，完成量子点的表面SiO₂壳层包覆，该壳层中含有相应阳离子和硫醇配体，复合颗粒中量子点核/烷氧基硅烷试剂/氨水的摩尔比为1/5x10³/1.5x10⁴,壳层厚度为1 nm。将得到的该均一透明的胶体溶液在100摄氏度下回流2小时得到复合SiO₂壳包覆的核壳量子点，此时量子点核/半导体壳/半导体簇/SiO₂的重量百分比为0.6/1.7/0.9/1，CdS半导体簇的大小为1 nm。

4.4将制备步骤4.3所述的表面连接官能团的高荧光亮度复合SiO₂包覆核壳量子点分散到水中，加入氨乙基三甲氧基硅烷，搅拌24小时，之后离心分离，得到表面官能团修饰的探针颗粒。

4.5将制备步骤4.4所述的表面连接官能团的高荧光亮度复合SiO₂包覆核壳量子点分散到pH为7.4的PBS缓冲溶液里，溶液的体积为3 mL, 量子点在溶液里的浓度为1 × 10^-7 M；采用不同的化学方法在该SiO₂包覆核壳量子点表面连接重链和轻链复合的抗体分子。 

实施例5

5.1采用水热合成法得到红色的CdTe/CdSe量子点，制备方法如上实施例3.4中所述。

5.2对5.1中红色CdTe/CdSe量子点进行多层包覆，制备方法如上实施例4.1-4.4中所述。得到深红色（640 nm）的CdTe/CdSe量子点， CdSe壳层厚度为1 nm，用混合醇沉淀后再分散到10 mL水中，加入巯基乙酸和Cd²⁺混合溶液，巯基乙酸与阳离子的摩尔比为2:1，量子点的浓度为1× 10^-7 mol/L。

5.3在步骤5.2的预处理溶液中加入193.8 uL烷氧基硅烷试剂和3 mL氨水(10 wt%)，密封搅拌3小时，完成量子点的表面SiO₂壳层包覆，该壳层中含有相应阳离子和硫醇配体，复合颗粒中量子点核/烷氧基硅烷试剂/氨水的摩尔比为1/5x10³/3x10⁴,壳层厚度为2 nm。将得到的该均一透明的胶体溶液在120摄氏度下回流15小时得到656 nm荧光波长的复合SiO₂壳包覆的核壳量子点，量子点核/半导体壳/半导体簇/SiO₂的重量百分比为0.25/0.7/0.94/1。

5.4将制备步骤5.3所述的表面连接官能团的高荧光亮度复合SiO₂包覆核壳量子点分散到水中，加入巯乙基三甲氧基硅烷，搅拌4小时，之后离心分离，得到表面官能团修饰的探针颗粒。

5.5将制备步骤5.4所述的表面连接官能团的高荧光亮度复合SiO₂包覆核壳量子点分散到pH为7.4的PBS缓冲溶液里，溶液的体积为3 mL, 量子点在溶液里的浓度为1 × 10^-7 M；采用不同的化学方法在该SiO₂包覆核壳量子点表面连接轻链抗体分子。

实施例6

6.1采用水相法合成CdTe量子点。首先合成制备CdTe量子点所需的NaHTe：将Te粉与NaBH₄按照摩尔比1:10混合，加入2ml水，氮气保护下60摄氏度水浴加热并搅拌至溶液变为淡紫色。将0.4 mmol的CdCl₂·2.5H₂O溶于25 mL水中，加入0.6 mmol巯基丙酸(MPA)，搅拌，然后加入浓度为1M 的NaOH溶液直至溶液的PH值调节为11.2。将该溶液氮气除氧30分钟，然后注入上述制备的NaHTe溶液，100摄氏度下加热回流6小时，即得水溶性近红外CdTe量子点(粒径为6.3 nm，波长为750 nm)。

6.2将0.5 mmol的CdCl₂·2.5H₂O溶于10 mL水中，加入0.75 mmol MPA，即巯基化合物与阳离子的摩尔比为1.5:1，混合均匀后加入浓度为1M 的NaOH溶液直至溶液的PH值调节为11.2，将0.5 mmol Na₂S溶于10ml水中制得S^2-溶液，备用。

6.3取10 ml 6.1中CdTe量子点原液加入反应釜中，分别加入67.6 ul步骤6.2中Cd²⁺和S^2-溶液，阴阳离子摩尔比为1:1，混合均匀后在120摄氏度温度下保温45分钟，得到发近红外发光的CdTe/CdSe量子点， CdS壳层厚度为1 nm。

6.4将6.3中制得的CdTe/CdS核壳结构量子点用混合醇沉淀后再分散到10 mL水中，加入巯基丙酸和Cd²⁺混合溶液，巯基丙酸与阳离子的摩尔比为2:1，量子点的浓度为1× 10^-7 mol/L。

6.5在步骤6.4的预处理溶液中加入0.7 uL正硅酸乙酯和3.1 uL氨水(10 wt%)，密封搅拌3小时，完成量子点的表面SiO₂壳层包覆，该壳层中含有相应阳离子和硫醇配体，复合颗粒中量子点核/烷氧基硅烷试剂/氨水的摩尔比为1/3x10³/3x10⁴,壳层厚度为3 nm。将得到的该均一透明的胶体溶液在100摄氏度下回流2小时得到复合SiO₂壳包覆的核壳量子点，此时量子点核/半导体壳/半导体簇/SiO₂的重量百分比为0.4/0.4/0.94/1，CdS半导体簇的大小为1 nm。

6.6将制备步骤6.5所述的表面连接官能团的高荧光亮度复合SiO₂包覆核壳量子点分散到水中，加入氨甲基三乙氧基硅烷，搅拌48小时，之后离心分离，得到表面官能团修饰的探针颗粒。

6.7将制备步骤6.6所述的表面连接官能团的高荧光亮度复合SiO₂包覆核壳量子点分散到pH为7.4的PBS缓冲溶液里，溶液的体积为3 mL, 量子点在溶液里的浓度为1 × 10^-7 M；采用不同的化学方法在该SiO₂包覆核壳量子点表面连接DNA分子。 

实施例7

7.1将0.5 mmol的CdCl₂·2.5H₂O溶于10 mL水中，加入0.75 mmol TGA，混合均匀后用浓度为1M的NaOH溶液调节PH值为11.2；将0.5 mmol的Zn(Ac)₂·2H₂O溶于10 mL水中，加入0.75 mmol TGA，搅拌，用浓度为1M的NaOH溶液调节PH值为8.0;将0.5 mmol Na₂S溶于10ml水中制得S^2-溶液，备用。

7.2取10 ml 绿色水溶性CdTe（直径为1.5 nm，波长为520 nm）量子点原液加入反应釜中，加入7.1中新制Cd²⁺溶液5.37 ul，Zn^2-溶液各0.53 ml，S^2-溶液0.87 ml，混合搅拌均匀后在120摄氏度温度下保温45分钟，得CdTe/Zn_0.99Cd_0.01S核壳结构量子点，ZnCdS壳层厚度为0.5 nm。

7.3将7.2中制得CdTe/Zn_0.99Cd_0.01S核壳结构量子点用混合醇沉淀后再分散到10 mL水中，加入巯基乙酸和Cd²⁺混合溶液，巯基乙酸与阳离子的摩尔比为1.5:1，量子点的浓度为1× 10^-5 mol/L。

7.4在步骤7.3的预处理溶液中加入22.8 uL正硅酸乙酯和513 ul氨水(10 wt%)，密封搅拌3小时，完成量子点的表面SiO₂壳层包覆，该壳层中含有相应阳离子和硫醇配体，复合颗粒中量子点核/烷氧基硅烷试剂/氨水的摩尔比为1/1x10³/3x10⁴,壳层厚度为1 nm。将得到的该均一透明的胶体溶液在120摄氏度下回流2小时得到复合SiO₂核壳包覆的核壳量子点，此时量子点核/半导体壳/半导体簇/SiO₂的重量百分比为0.2/0.5/0.8/1。

7.5将制备步骤7.4所述的表面连接官能团的高荧光亮度复合SiO₂包覆核壳量子点分散到水中，加入巯甲基三乙氧基硅烷，搅拌48小时，之后离心分离，得到表面官能团修饰的探针颗粒。

7.6将制备步骤7.5所述的表面连接官能团的高荧光亮度复合SiO₂包覆核壳量子点分散到pH为7.4的PBS缓冲溶液里，溶液的体积为3 mL, 量子点在溶液里的浓度为1 × 10^-7 M；采用不同的化学方法在该SiO₂包覆核壳量子点表面连接蛋白质分子。 

实施例8

8.1取10 ml半胱氨酸(L-cysteine)稳定的水溶性CdSe量子点（直径2 nm，波长550 nm）放入放应釜，分别加入0.05 M的Cd²⁺、Zn²⁺、S^2-溶液各142ul、142ul、284ul，阴阳离子摩尔比为1:1，制备步骤如7.1所述。

8.2将步骤8.1中混合液在120℃温度下保温45分钟，得到CdSe/Zn_0.5Cd_0.5S核壳结构量子点，Zn_0.5Cd_0.5S壳层厚度为1 nm，量子点核与阴阳离子重量百分比为1:2.8。

8.3将8.2中制得水溶性CdSe/Zn_0.5Cd_0.5S核壳结构量子点用混合醇沉淀后再分散到10 mL水中，加入半胱氨酸及含Cd²⁺、Zn²⁺的化合物，半胱氨酸与阳离子的摩尔比为1.5:1，量子点的浓度为1× 10^-5 mol/L。

8.4在步骤8.3的预处理溶液中加入15.2 uL正硅酸甲酯和514 uL氨水(10 wt%)，密封搅拌10小时，完成量子点的表面SiO₂壳层包覆，该壳层中含有相应阳离子和硫醇配体，复合颗粒中量子点核/烷氧基硅烷试剂/氨水的摩尔比为1/1x10³/3x10⁴,壳层厚度为0.5 nm。将得到的该均一透明的胶体溶液在100摄氏度下回流2小时得到复合SiO₂核壳结构量子点，量子点核/半导体壳/半导体簇/SiO₂的重量百分比为0.2/0.5/0.87/1。

8.5将制备步骤8.4所述的表面连接官能团的高荧光亮度复合SiO₂包覆核壳量子点分散到水中，加入氨丙基三甲氧基硅烷，搅拌48小时，之后离心分离，得到表面官能团修饰的探针颗粒。

8.6将制备步骤8.5所述的表面连接官能团的高荧光亮度复合SiO₂包覆核壳量子点分散到pH为7.4的PBS缓冲溶液里，溶液的体积为3 mL, 量子点在溶液里的浓度为1 × 10^-7 M；采用不同的化学方法在该SiO₂包覆核壳量子点表面连接蛋白质分子。 

实施例9

9.1取10 ml巯基乙胺稳定的水溶性ZnSe量子点（直径2 nm，波长550 nm）放入放应釜，分别加入0.05 M的Cd²⁺、Zn²⁺、S^2-溶液各468ul、5.7ul、568 ul，阴阳离子摩尔比为1:1，制备步骤如7.1所述。

9.2将步骤9.1中混合液在120摄氏度下保温45分钟，得到CdSe/Zn_0.01Cd_0.99S核壳结构量子点，Zn_0.01Cd_0.99S壳层厚度为0.5 nm，量子点核与阴阳离子重量百分比为1:3。

9.3将9.2中制得水溶性CdSe/Zn_0.01Cd_0.99S核壳结构量子点用混合醇沉淀后再分散到10 mL水中，加入巯基乙胺及含Cd²⁺、Zn²⁺的化合物，巯基乙胺与阳离子的摩尔比为1.5:1，量子点的浓度为1× 10^-5 mol/L。

9.4在步骤9.3的预处理溶液中加入29.5 uL正硅酸丙酯和514 uL氨水(10 wt%)，密封搅拌10小时，完成量子点的表面SiO₂壳层包覆，该壳层中含有相应阳离子和硫醇配体，复合颗粒中量子点核/烷氧基硅烷试剂/氨水的摩尔比为1/1x10³/3x10⁴,壳层厚度为1 nm。将得到的该均一透明的胶体溶液在100摄氏度下回流2小时得到复合SiO₂核壳结构量子点，量子点核/半导体壳/半导体簇/SiO₂的重量百分比为0.3/0.9/0.94/1。

9.5将制备步骤9.4所述的表面连接官能团的高荧光亮度复合SiO₂包覆核壳量子点分散到水中，加入2-[甲氧基(聚乙烯氧代)丙基]三甲氧基硅烷（英文名2-[methoxy（polyethyleneoxy）propyl]-trimethoxy-silane），搅拌48小时，之后离心分离，得到表面官能团修饰的探针颗粒。

9.6将制备步骤9.5所述的表面连接官能团的高荧光亮度复合SiO₂包覆核壳量子点分散到pH为7.4的PBS缓冲溶液里，溶液的体积为3 mL, 量子点在溶液里的浓度为1 × 10^-7 M；采用不同的化学方法在该SiO₂包覆核壳量子点表面连接蛋白质分子。 

实施例10

10.1取10 ml巯基丙酸（MPA）稳定的水溶性ZnSe量子点（直径2 nm，波长550 nm）放入放应釜，分别加入0.05 M的Zn²⁺、S^2-溶液各5.7ul、568 ul，阴阳离子摩尔比为1:1，制备步骤如7.1所述。

10.2将步骤10.1中混合液在100摄氏度微波反应1小时，得到ZnSe/ZnS核壳结构量子点，ZnS壳层厚度为1 nm，量子点核与阴阳离子重量百分比为1:1。

10.3将10.2中制得水溶性ZnSe/ZnS核壳结构量子点用混合醇沉淀后再分散到10 mL水中，加入巯基丙酸及Zn²⁺的化合物，巯基丙酸与阳离子的摩尔比为1.5:1，量子点的浓度为1× 10^-5 mol/L。

10.4在步骤10.3的预处理溶液中加入36.4 uL正硅酸丁酯和514 uL氨水(10 wt%)，密封搅拌10小时，完成量子点的表面SiO₂壳层包覆，该壳层中含有相应阳离子和硫醇配体，复合颗粒中量子点核/烷氧基硅烷试剂/氨水的摩尔比为1/1x10³/3x10⁴,壳层厚度为1 nm。将得到的该均一透明的胶体溶液在100摄氏度下回流2小时得到复合SiO₂核壳结构量子点，量子点核/半导体壳/半导体簇/SiO₂的重量百分比为0.2/1/0.8/1，ZnS半导体簇大小为0.3 nm。

10.5将制备步骤10.4所述的表面连接官能团的高荧光亮度复合SiO₂包覆核壳量子点分散到水中，加入氨乙基三丙氧基硅烷，搅拌48小时，之后离心分离，得到表面官能团修饰的探针颗粒。

10.6将制备步骤10.5所述的表面连接官能团的高荧光亮度复合SiO₂包覆核壳量子点分散到pH为7.4的PBS缓冲溶液里，溶液的体积为3 mL, 量子点在溶液里的浓度为1 × 10^-7 M；采用不同的化学方法在该SiO₂包覆核壳量子点表面连DNA分子。 

实施例11

11.1采用水热法制得CdSe_0.2Te_0.8量子点。分别制备Se和Te的前驱液。取一定量Cd²⁺和TGA的混合液与反应釜中，Cd²⁺与TGA的摩尔比为1.5:1，加入新制Se和Te的前躯体溶液，Se和Te的摩尔比为5:1，在120摄氏度下反应1小时，即得到CdSe_0.2Te_0.8（粒径为5 nm，波长为700 nm）合金量子点。

11.3取10 ml 10.1中CdSe_0.2Te_0.8合金量子点用混合醇沉淀后再分散到10 mL水中，分别加入624 ulTGA和Cd²⁺的混合液，TGA与Cd²⁺的摩尔比为1.5:1；624 ulS^2-溶液。阴阳离子摩尔比为1:1，量子点与阴阳离子重量百分比为1:1.9，搅拌，混合均匀后在100摄氏度下微波反应1小时，得到CdSe_0.2Te_0.8/CdS核壳结构量子点，此时CdS壳层厚度为1 nm，量子点的浓度为1× 10^-6 mol/L。

11.4在步骤11.3的预处理溶液中加入6.8 uL正硅酸乙酯和51 ul氨水(10 wt%)，密封搅拌5小时，完成量子点的表面SiO₂壳层包覆，该壳层中含有相应阳离子和硫醇配体，复合颗粒中量子点核/烷氧基硅烷试剂/氨水的摩尔比为1/3x10³/3x10⁴,壳层厚度为2 nm。将得到的该均一透明的胶体溶液在100摄氏度下回流15小时得到复合SiO₂壳包覆的核壳量子点，量子点核/半导体壳/半导体簇/SiO₂的重量百分比为0.5/0.7/0.94/1。

11.5将制备步骤11.4所述的表面连接官能团的高荧光亮度复合SiO₂包覆核壳量子点分散到水中，加入2-甲基-3-羟丙基甲基(硅氧烷与聚硅氧烷)（英文名2-[methoxy（polyethyleneoxy propyl]heptamethyltrisiloxane），搅拌48小时，之后离心分离，得到表面官能团修饰的探针颗粒。

11.7将制备步骤11.6所述的表面连接官能团的高荧光亮度复合SiO₂包覆核壳量子点分散到pH为7.4的PBS缓冲溶液里，溶液的体积为3 mL, 量子点在溶液里的浓度为1 × 10^-7 M；采用不同的化学方法在该SiO₂包覆核壳量子点表面连抗体分子。 

实施例12

12.1取10 ml巯基乙胺稳定的水溶性InP量子点（直径4.2 nm，波长660 nm）放入放应釜，分别加入0.05 M的Cd²⁺、Zn²⁺、S^2-溶液各868 ul、868 ul、694 ul，阴阳离子摩尔比为0.4:1，制备步骤如7.1所述。

12.2将步骤12.1中混合液在100摄氏度微波反应1小时，得到InP/Zn_0.5Cd_0.5S核壳结构量子点，Zn_0.5Cd_0.5S壳层厚度为1.5 nm，量子点核与阴阳离子重量百分比为1:7.9。

12.3将12.2中制得水溶性InP/Zn_0.5Cd_0.5S核壳结构量子点用混合醇沉淀后再分散到10 mL水中，加入巯基乙胺及Cd²⁺、Zn²⁺的混合溶液，巯基乙胺与阳离子的摩尔比为1.5:1，量子点的浓度为1× 10^-6 mol/L。

12.4在步骤12.3的预处理溶液中加入4.5 uL正硅酸丁酯和51.4 uL氨水(10 wt%)，密封搅拌10小时，完成量子点的表面SiO₂壳层包覆，该壳层中含有相应阳离子和硫醇配体，复合颗粒中量子点核/烷氧基硅烷试剂/氨水的摩尔比为1/2x10³/3x10⁴,壳层厚度为2 nm。将得到的该均一透明的胶体溶液在100摄氏度下回流5小时得到复合SiO₂核壳结构量子点，量子点核/半导体壳/半导体簇/SiO₂的重量百分比为0.2/0.8/0.87/1。

12.5将制备步骤12.4所述的表面连接官能团的高荧光亮度复合SiO₂包覆核壳量子点分散到水中，加入氨丙基三甲氧基硅烷，搅拌48小时，之后离心分离，得到表面官能团修饰的探针颗粒。

12.6将制备步骤12.5所述的表面连接官能团的高荧光亮度复合SiO₂包覆核壳量子点分散到pH为7.4的PBS缓冲溶液里，溶液的体积为2 mL, 量子点在溶液里的浓度为1 × 10^-7 M；采用不同的化学方法在该SiO₂包覆核壳量子点表面连DNA分子。