一种基于长寿命复合量子点的荧光编码微球及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于生物分析技术领域，特别涉及一种基于长寿命复合量子点的荧光编码 微球及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 半导体量子点（简称QDs，也称半导体纳米晶）由于其独特的光学和电学性质，在 光电转换、生命科学等领域备受广大科研工作者的关注，现有技术将不同数量、不同荧光特 征的量子点组合进内部镂空的高分子小球，从而形成具有不同光谱特征和亮度特征的、可 以标记到生物大分子上的量子点荧光编码微球，使用单一波长光源照射量子点荧光编码微 球时，可同时激发不同大小尺寸和不同数量的量子点，使它们发射出不同波长和不同荧光 强度的光并可被同时检测，因而在生物化学、分子生物学、细胞生物学及免疫学等领域有着 广阔的应用前景。但这种量子点荧光编码微球发射波长多在可见光区，可见光最多只能穿 透毫米级厚度的组织，同时这种量子点荧光编码微球的荧光强度随着量子点浓度的变化而 变化，荧光强度不稳定，难以进行正确的编码，这两个缺陷大大限制了量子点荧光编码微球 在生物领域的应用。
【发明内容】
[0003] 为解决上述问题，本发明提供了一种基于长寿命复合量子点的荧光编码微球，所 述荧光编码微球的发射光谱覆盖整个近红外光区域，同时引入荧光寿命这个不随浓度变化 的稳定参数，使荧光编码更为准确，所述基于长寿命复合量子点的荧光编码微球的制备方 法操作简便，可在室温下直接反应，反应稳定且重现性好，所述基于长寿命复合量子点的荧 光编码微球可作为荧光标记物广泛应用于细胞、组织成像，尤其可应用于活体成像研究。
[0004] 第一方面，本发明提供了一种基于长寿命复合量子点的荧光编码微球，包括琼脂 糖微球、第一量子点和第二量子点，所述第一量子点和第二量子点通过化学键和所述琼脂 糖微球结合；所述第一量子点具有以碲化镉（CdTe)为核，以铜离子掺杂的硫化镉（CdS = Cu) 为壳的核壳结构；所述铜离子掺杂的硫化镉中铜离子的掺杂摩尔分数为〇. 5%~2. 0%，所 述核的尺寸为I. 8nm~2. 2nm，所述壳的厚度为2nm~4nm ;所述第二量子点的发射波长为 700nm~820nm，所述第二量子点的荧光寿命为100~220纳秒。
[0005] 优选地，所述第二量子点为碲化镉/硫化镉量子点或碲化镉量子点。
[0006] 所述碲化镉/硫化镉量子点(表示为CdTe/CdS)具有以碲化镉为核，以硫化镉为壳 的核壳结构，所述硫化镉是以外延式生长的方式包覆在所述碲化镉上形成核壳结构，所述 核的尺寸为2nm~2. 2nm，所述壳的厚度为2nm~4nm。
[0007] 所述碲化镉/硫化镉量子点的发射波长范围为700nm~820nm，所述碲化镉/硫化 镉量子点的荧光寿命为100~220纳秒。
[0008] 所述碲化镉量子点(表示为CdTe)的粒径为4nm~6nm。所述碲化镉量子点的发射 波长范围为700nm~800nm，所述碲化镉量子点的荧光寿命为100~150纳秒。
[0009] 所述第一量子点（表示为CdTe/CdS:Cu)中所述铜离子掺杂的硫化镉是以外延式 生长的方式包覆在所述碲化镉核上形成核壳结构。所述第一量子点的发射波长范围为 700nm~910nm，突光寿命为0· 8~L 2微秒。
[0010] 优选地，所述基于长寿命复合量子点的突光编码微球的粒径为50 μ m~150 μ m。
[0011] 优选地，所述第一量子点和第二量子点的质量比为（1~4) : (0~4)。
[0012] 更优选地，所述第一量子点和第二量子点的质量比为1:1。
[0013] 琼脂糖微球具有丰富的纳米孔隙网状结构，所述第一量子点和第二量子点表面修 饰有羧基，第一量子点和第二量子点上的羧基和琼脂糖微球上的氨基形成酰胺键，使所述 第一量子点和第二量子点通过化学键和所述琼脂糖微球结合，连接在琼脂糖微球的表面和 孔隙，所述琼脂糖微球结合第一量子点和第二量子点后不会影响量子点的光学和物理特 性，且为量子点提供了保护屏障，提高了量子点的稳定性，同时琼脂糖微球生物相容性好， 提高了量子点的生物安全性。
[0014] 所述第一量子点的发射波长范围为700nm~910nm，荧光寿命为0· 8~L 2微秒， 所述第二量子点的发射波长为700nm~820nm，荧光寿命为100~220纳秒，本发明利用琼 脂糖微球同时结合第一量子点和第二量子点，所述第一量子点和第二量子点为两种不同发 射波长和不同突光寿命的量子点。所述基于长寿命复合量子点的突光编码微球发射光谱覆 盖整个近红外光区域，红外光由于其波长较长，被生物体散射和吸收少，可穿透厘米级厚度 的组织，将红外区发光的量子点标记在组织或细胞的特异组分上，通过成像检测的方法来 分析组织内部的情况。同时，第一量子点和第二量子点的寿命较长，且荧光寿命不受激发强 度变化、荧光团的浓度和光漂白等因素的影响，是个非常稳定的参数，可以和生物体内的背 景荧光区分开，易获得无背景干扰的荧光信号，提高基于长寿命复合量子点的荧光编码微 球在生物荧光检测中的灵敏度。所述微球表面还可以连接一些生物分子探针，使本发明基 于长寿命复合量子点的荧光编码微球同时具备了光学特性和生物识别特性。
[0015] 所述第一量子点和第二量子点的发射波长和荧光寿命均不同，通过改变这两种量 子点在微球的质量和波长特征，可以得到具有不同荧光波长和不同荧光寿命的荧光编码微 球，所述微球发射光谱覆盖整个近红外光区域，同时引入荧光寿命这个不随浓度变化的稳 定参数，使编码更为准确。这些具有不同荧光特征的微球应用于荧光成像时，在单一波长光 的照射下，多色且不同荧光寿命的微球会产生类似"条形码"的效果，产生大量的不同的可 区分的光学信号，编码信息量大，生物体系的复杂性经常需要同时观察生物的多种组分，利 用本发明不同荧光特征的微球标记不同的生物分子，使用单一激发光源就可以使多种生物 组分被即时监控，可以进行多元分析，本发明提供的基于长寿命复合量子点的荧光编码微 球可作为荧光标记物广泛应用于细胞、组织成像，尤其适用于活体成像研究。
[0016] 第二方面，本发明提供了一种基于长寿命复合量子点的突光编码微球的制备方 法，包括以下步骤：
[0017] ①制备第一量子点，制备方法包括以下步骤：
[0018] (1)新制碲氢化钠（NaHTe)或碲氢化钾（KHTe)溶液：将摩尔比为（3~6) :1的硼 氢化钠（NaBH4)或硼氢化钾（KBH4)和碲粉（Te)溶解于超纯水中，室温反应4~6. 5小时，得 到碲氢化钠（NaHTe)或碲氢化钾（KHTe)溶液；
[0019] (2)碲化镉（CdTe)核的制备：
[0020] 将摩尔比为I : (I. 6~2)的镉源和巯基化合物溶于超纯水中配制成混合溶液A， 所述混合溶液A中镉离子的摩尔浓度为0· 015mol/L~0· 035mol/L，调节混合溶液A的pH 值至10. 5~11. 5 ;然后在无氧环境下，向所述混合溶液A中注入步骤（1)新制的碲氢化钠 (NaHTe)或碲氢化钾（KHTe)溶液，在4~8°C反应16~24小时，经10000转/分高速离心、 乙醇洗涤数次，然后真空干燥得到碲化镉（CdTe)核粉末；
[0021] (3)第一量子点（CdTe/CdS:Cu)的合成：
[0022] (a)取步骤（2)制备的碲化镉（CdTe)粉末溶于超纯水作为反应基液，所述反应基 液中碲化镉（CdTe)的质量浓度为2g/L~3g/L，然后调节所述反应基液的pH值至10. 5~ 11. 5 ；
[0023] (b)将摩尔比为1 :2的镉源和巯基化合物溶于超纯水中配制成混合溶液B，所述混 合溶液B中镉离子的摩尔浓度为0. 05mol/L~0. lmol/L，然后在搅拌条件下，向步骤（a)所 述的反应基液中分三次加入所述混合溶液B，采用金属浴加热进行反应，实现铜离子掺杂的 硫化镉（CdS: Cu )在所述碲化镉（CdTe )核上的包覆：
[0024] 第一次加入所述混合溶液B的体积为所述反应基液体积的1/250,反应温度 为90°C，反应时间为30min ;第二次加入所述混合溶液B的体积为所述反应基液体积的 1/50~1/10,反应温度为90~KKTC，反应时间为4小时；第三次加入所述混合溶液B的 体积为所述反应基液体积的1/25~1/5,同时加入体积为所述反应基液体积的1/10000~ 1/2000的铜离子浓度为0· lmol/L~0· 2mol/L的铜源溶液，反应温度为95~KKTC，反应 时间为1. 5~3小时；然后自然冷却至室温后，即得所述第一量子点溶液，所述第一量子点 溶液经10000转/分高速离心、乙醇洗涤数次，然后真空干燥后便得到所述第一量子点；
[0025] 所述第一量子点具有以碲化镉（CdTe)为核，以铜离子掺杂的硫化镉（CdS = Cu)为 壳的核壳结构；所述铜离子掺杂的硫化镉中铜离子的掺杂摩尔分数为〇. 5%~2. 0% ;所述核 的尺寸为I. 8nm~2. 2nm，所述壳的厚度为2nm~4nm ;