一种量子点荧光聚合物微球及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种量子点荧光聚合物微球及其制备方法，其制备方法的步骤为：含二硫键的聚丙烯酸微球的制备；聚丙烯酸微球中二硫键的还原；聚合物‑量子点荧光微球的制备。本发明专利技术将巯基引入聚合物微球内，设计合成巯基功能化的聚合物微球，进一步利用巯基与量子点表面的镉离子配位作用形成稳定的量子点荧光微球。微球的巯基与CdTe/CdS QDs表面的巯基小分子进行配体交换，将量子点结合到聚丙烯酸微球表面及内部，制备出高荧光强度、高稳定性的量子点荧光复合微球。通过本发明专利技术所制备的量子点荧光复合微球具有较高的荧光亮度和较好的水分散性，在分子生物学和医学诊断中将有潜在的应用。

Quantum dots fluorescent polymer microsphere and preparation method thereof

The invention discloses a quantum dot fluorescent polymer microsphere and a preparation method thereof. The preparation method comprises the following steps: preparation of polyacrylic acid microspheres containing disulfide bonds; reduction of disulfide bonds in polyacrylic acid microspheres; preparation of polymer quantum dot fluorescent microspheres. The invention introduces the sulfhydryl group into the polymer microsphere, designs and synthesizes the polymer microsphere with the function of the sulfhydryl group, and further forms the stable quantum dot fluorescent microsphere by the coordination action of the sulfhydryl group with the cadmium ion on the surface of the quantum dot. The thiol groups of the microspheres were exchanged with small thiol groups on the surface of CdTe/CdS QDs. Quantum dots were bonded to the surface and interior of the polyacrylic acid microspheres to prepare high fluorescence intensity and high stability quantum dot fluorescent composite microspheres. The quantum dot fluorescent composite microspheres prepared by the invention have high fluorescence brightness and good water dispersion, and will have potential applications in molecular biology and medical diagnosis.

【技术实现步骤摘要】
一种量子点荧光聚合物微球及其制备方法
本专利技术属于纳米生物医学领域，具体涉及一种量子点荧光聚合物微球及其制备方法。
技术介绍
随着量子点生物功能化技术的不断发展，量子点生物探针因其优异的光学特性被广泛应用于生物医学研究中。同时，生物体系的复杂性和特殊性又对量子点荧光探针的性能提出了更高的要求。利用聚合物微球修饰量子点具有一大优势，即通过选择不同的单体可以合成出具有特定分子结构的聚合物微球，从而满足各种不同功能性要求的生物应用，如热敏性或pH响应性等。此外，聚合物修饰量子点能够有效改善量子点的胶体稳定性和生物相容性，因而受到了科研工作者的广泛关注。量子点荧光微球是一类特殊的功能微球，在许多领域尤其是在生物医学领域方面有重要的应用。例如，量子点荧光微球应用于DNA微阵列技术具有更低的成本和较高的灵敏度，在医学诊断和药物筛选中的作用日益凸显。当前，量子点荧光复合微球的制备方法主要有溶胀法、层层自组装法和共聚法。溶胀法操作简单，但是存在单个荧光微球之间荧光亮度差异较大的问题；层层自组装法制备量子点荧光微球的方法较为简单，但是面临着可控性差、稳定性差、荧光性能下降等问题；共聚法制备得到的荧光微球亮度均一，量子点和微球结合牢固，但是在聚合过程中量子点极易氧化、聚集，从而导致量子点的荧光强度下降甚至淬灭。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种量子点荧光聚合物微球及其制备方法，以解决上述的现有的量子点荧光复合微球的制备方法存在的问题。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种量子点荧光聚合物微球的制备方法，包括以下步骤：(1)含有二硫键的聚丙烯酸微球的制备：在反应容器中依次加入搅拌子、乙腈、丙烯酸、双(2-甲基丙烯)乙氧基二硫、二甲基丙烯酸乙二醇酯和偶氮二异丁腈，搅拌至固体完全溶解；搭建回流冷凝装置，通氮气以除去反应体系中的氧气；在氮气保护下加热，进行反应，将反应后所得微球离心后，弃去上清液，先后使用乙腈和超纯水离心纯化，最后将微球放在水中分散，得到微球溶液；(2)聚丙烯酸微球中二硫键的还原：在微波管中加入超纯水、无水乙醇、微球溶液，超声混合均匀后，通氮气除去反应体系中的氧气，用针式注射器注入二硫苏糖醇溶液，然后将微波管转移至加热台，进行反应，反应结束后用超纯水离心纯化，最后将离心后形成的沉淀分散在超纯水中，得到还原后的聚丙烯酸微球；(3)聚合物-量子点荧光微球的制备：将核-壳型CdTe/CdS量子点和还原后的聚丙烯酸微球加入微波管中，搅拌均匀后通氮气，然后将反应溶液进行微波加热，反应结束后用超纯水离心纯化，得到聚合物-量子点荧光微球。所述步骤(1)中，乙腈、丙烯酸、双(2-甲基丙烯)乙氧基二硫、二甲基丙烯酸乙二醇酯和偶氮二异丁腈的用量比为：40mL：411μL：25.5μL：18.9μL：16.4mg。所述步骤(1)中，反应温度为80℃，反应时间为75min；反应后将所得微球离心的转速是10000rpm，离心时间是15min。所述步骤(2)中，超纯水、无水乙醇、微球溶液的体积比为：10:10:1.4，其中，微球溶液浓度是13.2g/mL。所述步骤(2)中，反应温度为40℃，时间为2h；离心转速是10000rpm，离心时间是15min。所述步骤(3)中，配置浓度为2M的NaCl溶液，通过调节NaCl用量，使最终反应溶液中量子点的浓度为2μM。所述步骤(3)中，反应温度为100℃，时间为10min；离心转速为5000rpm，离心时间为5min。所述步骤(3)中，核-壳型CdTe/CdS量子点和微球中-SH的摩尔比为10:1。一种由上述的方法制备得到的量子点荧光聚合物微球。有益效果：本专利技术首先利用沉淀聚合方法制备单分散的聚丙烯酸微球，然后将巯基引入聚合物微球内，设计合成巯基功能化的聚合物微球，利用巯基与量子点表面的镉离子配位作用形成稳定的量子点荧光微球。微球的巯基与CdTe/CdSQDs表面的巯基小分子进行配体交换，将量子点结合到聚丙烯酸微球表面及内部，制备出高荧光强度、高稳定性的量子点荧光复合微球。由于巯基的存在可以消除量子点表面的缺陷，从而保证量子点具有较好的荧光性能，同时多余的巯基还可以进行共价交联，从而使得微球具有更好的保护作用。本专利技术的方法制备的高荧光强度、高稳定性的量子点荧光复合微球。由于巯基的存在可以消除量子点表面的缺陷，从而保证量子点具有较好的荧光性能，同时多余的巯基还可以进行共价交联，从而使得微球具有更好的保护作用。本专利技术的方法采用了基于配体交换的量子点和微球的组装技术，得到的量子点荧光复合微球保持了量子点优异的光学性能，相较于传统的量子点微球的制备方法更加简单有效，且量子点的负载量灵活可控，为其它种类的纳米粒子-聚合物微球的制备提供了参考方法。附图说明图1为本专利技术实施例1所得量子点荧光聚合物微球的扫描电镜图(SEM)；图2为本专利技术实施例1所得量子点荧光聚合物微球的透射电镜图(TEM)；图3为本专利技术实施例2所得量子点荧光聚合物微球的粒径随时间变化图；图4为本专利技术实施例3所得单体AA与引发剂AIBN物质的量比为60:1(a)、30:1(b)、15:1(c)时所得量子点荧光聚合物微球的透射电镜图(TEM)；图5为本专利技术实施例4所得单体AA与交联剂(DSDMA和EGDMA)物质的量比为60:1(a)、30:1(b)、15:1(c)、7.5:1(d)时所得量子点荧光聚合物微球的透射电镜图(TEM)；图6a和图6b分别为本专利技术实施例5所得各产物离心前后的光学照片(a)及各产物离心上清液的紫外可见吸收光谱图(b)。“1-5”使用的盐浓度依次为0、10mM、50mM、250mM、1250mM，“RefQDs”为等浓度经相同微波作用之后的量子点；图7a、图7b、图7c分别为为本专利技术实施例5所得量子点荧光聚合物微球在日光灯(上)及紫外灯下(下)成像照片(a)，不同盐浓度下制备产物的紫外可见吸收光谱(b)及荧光发射光谱(c)；图8为本专利技术实施例5所得量子点荧光聚合物微球的透射电镜照片。经DDT还原后未负载量子点的微球(a)，量子点复合微球(b-f)，盐浓度依次为0、10mM、50mM、250mM、1250mM。图9为本专利技术实施例5所得量子点荧光聚合物微球的高分辨透射电镜照片。盐浓度：10mM(a)、50mM(b)、250mM(c)、1250mM(d)。具体实施方式本专利技术的一种量子点荧光聚合物微球的制备方法，具体步骤如下：(1)含有二硫键的聚丙烯酸微球的制备：在100mL的两口烧瓶中依次加入搅拌子、40mL乙腈、411μL丙烯酸(AA)、25.5μL双(2-甲基丙烯)乙氧基二硫(DSDMA)、18.9μL二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)和16.4mg偶氮二异丁腈(AIBN)，搅拌至固体完全溶解。搭建回流冷凝装置，通氮气30min以除去反应体系中的氧气。在氮气保护下加热，保持反应温度为80℃，反应75min。反应体系在10min后出现浑浊，并随反应时间的延长而逐渐变为乳白色。所得微球离心后，弃去上清液，先后使用乙腈和超纯水离心纯化各3次。最后取水分散的微球溶液500μL，离心去上清液，在60℃下真空干燥过夜、称重、计算得到微球溶液的质量分数。其中，AA浓度为6mmol、DSDMA浓度为0.1mmol、EGDMA浓度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种量子点荧光聚合物微球的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)含有二硫键的聚丙烯酸微球的制备：在反应容器中依次加入搅拌子、乙腈、丙烯酸、双(2‑甲基丙烯)乙氧基二硫、二甲基丙烯酸乙二醇酯和偶氮二异丁腈，搅拌至固体完全溶解；搭建回流冷凝装置，通氮气以除去反应体系中的氧气；在氮气保护下加热，进行反应，将反应后所得微球离心后，弃去上清液，先后使用乙腈和超纯水离心纯化，最后将微球放在水中分散，得到微球溶液；(2)聚丙烯酸微球中二硫键的还原：在微波管中加入超纯水、无水乙醇、微球溶液，超声混合均匀后，通氮气除去反应体系中的氧气，用针式注射器注入二硫苏糖醇溶液，然后将微波管转移至加热台，进行反应，反应结束后用超纯水离心纯化，最后将离心后形成的沉淀分散在超纯水中，得到还原后的聚丙烯酸微球；(3)聚合物‑量子点荧光微球的制备：将核‑壳型CdTe/CdS量子点和还原后的聚丙烯酸微球加入微波管中，搅拌均匀后通氮气，然后将反应溶液进行微波加热，反应结束后用超纯水离心纯化，得到聚合物‑量子点荧光微球。

【技术特征摘要】
1.一种量子点荧光聚合物微球的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)含有二硫键的聚丙烯酸微球的制备：在反应容器中依次加入搅拌子、乙腈、丙烯酸、双(2-甲基丙烯)乙氧基二硫、二甲基丙烯酸乙二醇酯和偶氮二异丁腈，搅拌至固体完全溶解；搭建回流冷凝装置，通氮气以除去反应体系中的氧气；在氮气保护下加热，进行反应，将反应后所得微球离心后，弃去上清液，先后使用乙腈和超纯水离心纯化，最后将微球放在水中分散，得到微球溶液；(2)聚丙烯酸微球中二硫键的还原：在微波管中加入超纯水、无水乙醇、微球溶液，超声混合均匀后，通氮气除去反应体系中的氧气，用针式注射器注入二硫苏糖醇溶液，然后将微波管转移至加热台，进行反应，反应结束后用超纯水离心纯化，最后将离心后形成的沉淀分散在超纯水中，得到还原后的聚丙烯酸微球；(3)聚合物-量子点荧光微球的制备：将核-壳型CdTe/CdS量子点和还原后的聚丙烯酸微球加入微波管中，搅拌均匀后通氮气，然后将反应溶液进行微波加热，反应结束后用超纯水离心纯化，得到聚合物-量子点荧光微球。2.根据权利要求1所述的量子点荧光聚合物微球的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，乙腈、丙烯酸、双(2-甲基丙烯)乙氧基二硫、二甲基丙烯酸乙二醇酯和偶氮二异丁腈的用量比为：40mL：411μL：25.5μL：18.9μL...

【专利技术属性】
技术研发人员：宇文力辉，汪联辉，谭国梁，杨向荣，常冬青，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32