不同巯基化合物修饰的水分散性碲化银量子点的制备方法
阅读说明：本技术 不同巯基化合物修饰的水分散性碲化银量子点的制备方法 (Preparation method of water-dispersible silver telluride quantum dots modified by different mercapto compounds ) 是由 刘书琳 王志刚 石学慧 于 2021-08-13 设计创作，主要内容包括：本发明提供了不同巯基化合物修饰的水分散性碲化银量子点的制备方法,由油溶性碲化银量子点与巯基配体通过配体交换法制备得到水分散性碲化银量子点,包括如下步骤：步骤1、将油溶性碲化银量子点溶于非极性有机溶剂中配制得到A溶液；步骤2、将巯基配体溶解在有机溶剂中配制得到B溶液；步骤3、将B溶液加入到A溶液中搅拌一定时间后进行离心,旋蒸除去有机溶剂；步骤4、将步骤3中得到的沉淀重新分散在缓冲溶液中,将水分散性量子点进行纯化以除去多余的巯基配体,最后收集上清液即得水分散性的量子点,本发明的不同巯基化合物修饰的水分散性碲化银量子点不仅能保持良好的胶体稳定性和高量子产率,而且保持了量子点良好的形貌和尺寸。(The invention provides a preparation method of water-dispersible silver telluride quantum dots modified by different mercapto compounds, which is prepared from oil-soluble silver telluride quantum dots and mercapto ligands by a ligand exchange method and comprises the following steps: step 1, dissolving oil-soluble silver telluride quantum dots in a nonpolar organic solvent to prepare a solution A; step 2, dissolving a sulfhydryl ligand in an organic solvent to prepare a solution B; step 3, adding the solution B into the solution A, stirring for a certain time, centrifuging, and removing the organic solvent by rotary evaporation; and 4, re-dispersing the precipitate obtained in the step 3 in a buffer solution, purifying the water-dispersible quantum dots to remove redundant sulfhydryl ligands, and finally collecting supernatant to obtain the water-dispersible quantum dots.)
技术领域
本发明属于分析化学、纳米材料、表面胶体化学领域，尤其是涉及不同巯基化合物修饰的水分散性碲化银量子点的制备方法。
背景技术
活体成像一方面能够同时在时间和空间层面反映生理学信息；另一方面，可以对同一个体进行长时间成像，从而追踪研究对象的生理学变化过程。目前，活体荧光成像已成为疾病诊断、手术导航、术后评估干预等临床应用不可缺少的手段。
与传统的可见光和近红外光谱窗口400-900nm的荧光成像相比，一种将荧光波长扩展到第二近红外窗口(NIR-II，1000-1700nm)的荧光成像方法受到了广泛关注。活体内的NIR-II荧光成像由于组织自发荧光的减弱和光子散射的减少，从而允许在活体成像时，达到更深层组织穿透和高清晰度荧光成像。在众多的NIR II荧光材料中，量子点具有发射波长可调、耐光漂、吸收光谱宽、发射光谱窄、易表面功能化等优点，是一种理想的荧光成像材料。迄今为止，如何获得荧光强度高和生物相容性好的NIR II量子点仍然是一种挑战，其主要原因是表面功能化策略的不足。这限制了活体NIR-II成像实现无创实时成像的能力。
人们已经开发了许多配体来制备稳定的、高度水溶性的NIR-II量子点。聚乙二醇化是量子点功能化的常用策略，因为聚乙二醇修饰的纳米粒子具有很高的生物相容性，减少了与血清蛋白的非特异性相互作用。但目前为止，聚乙二醇化量子点的制备不仅操作繁琐，耗时长，而且会使量子点的表面遭受“破坏”，荧光强度下降很多。针对这些问题，我们仅用简单的机械搅拌法，即可实现NIR-II碲化银量子点的水分散性。此外，由于巯基与银的结合能力强，在此过程中用到的一系列聚乙二醇化的巯基配体，不仅实现了NIR-II碲化银量子点的水分散性和生物相容性，而且由于聚乙二醇另一端的末端基团可调，这为NIR-II碲化银量子点的后续功能化提供了结合位点。因此，用此法制备水分散性NIR-II碲化银量子点大大缩短了制备时间，保持了NIR-II碲化银量子点良好的荧光强度和胶体稳定性，可实现活体的无创实时荧光成像，清晰地看到小鼠的腿动脉血管，脑部血管和小鼠腹部细微的血管。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出不同巯基化合物修饰的水分散性碲化银量子点的制备方法，针对相转移过程中水分散性量子点的制备繁琐，荧光强度下降多等修饰效果不理想的问题，该法在此过程中用到的一系列聚乙二醇化的巯基配体，不仅实现了NIR-II碲化银量子点的水分散性和生物相容性，而且由于聚乙二醇另一端的末端基团可调，这为NIR-II碲化银量子点的后续功能化提供了结合位点。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
不同巯基化合物修饰的水分散性碲化银量子点，由油溶性碲化银量子点与巯基配体通过配体交换法制备得到水分散性碲化银量子点。
优选的，所述油溶性碲化银量子点的波长位于近红外II区，波长为1000-1700nm。
优选的，所述巯基配体为还原型谷胱甘肽(GSH)、DL-半胱氨酸(DL-Cysteine)、β-巯基乙胺(Cysteamine)、二氢硫辛酸(DHLA)、二硫苏糖醇(DTT)、HS-PEG350-OCH3、HS-PEG2000-COOH、DHLA-PEG350-OCH3中的一种或两种以上。
优选的，所述水分散性碲化银量子点碲化银量子点的量子产率为4％-20％。
本发明的第二个目的是提供不同巯基化合物修饰的水分散性碲化银量子点的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、将油溶性碲化银量子点溶于非极性有机溶剂中配制得到A溶液；
步骤2、将巯基配体溶解在有机溶剂中配制得到B溶液；
步骤3、将B溶液加入到A溶液中搅拌一定时间后进行离心，旋蒸除去有机溶剂；
步骤4、将步骤3中得到的沉淀重新分散在缓冲溶液中，将水分散性量子点进行纯化以除去多余的巯基配体，最后收集上清液即得水分散性的量子点。
优选的，步骤2中，有机溶剂为缓冲溶液或非极性有机溶剂中的一种，缓冲溶液为磷酸盐缓冲溶液，磷酸盐缓冲溶液的pH值≥6.5。
优选的，所述步骤1中，油溶性碲化银量子点在非极性有机溶剂中的浓度为0.5mg/mL-10mg/mL，非极性有机溶剂为三氯甲烷、二氯甲烷、正己烷、环己烷中的任意一种。
优选的，所述步骤2中，B巯基配体在有机溶剂中的浓度为5mg/mL-50mg/mL。
优选的，所述步骤3中，A溶液与B溶液的搅拌时间为2-60分钟，A溶液与B溶液的体积配比为1：10-20。
优选的，所述步骤4中，纯化时所用的超滤管的规格为30kDa、50kDa、100kDa，纯化时的离心转速为6000-7500转/分钟，离心时间10-20分钟，离心重复3次。
本发明的第三个目的提供了不同巯基化合物修饰的水分散性碲化银量子点在活体无创实时荧光成像中的应用。
活体无创实时荧光成像是指无需活体解剖，即可对活体(实验动物小鼠等)进行荧光成像，并进行药代动力学研究，方法简便可行。
在碲化银量子点的制备过程中我们采用有机相的合成方法，量子点的表面是疏水的，只能分散在有机溶剂中，为了能生物应用，需要转为水分散性的。由于在制备过程中，我们只加了含P配体三正丁基膦(TBP)，从实验结果可以看出，从油相到水相的过程中，含P的表面配体即TBP在搅拌的条件下会从油性NIR-II碲化银量子点表面脱落，而含亲水基团的巯基配体与碲化银量子点表面具有较强的配位能力，TBP脱落了，取而代之的是巯基化的表面配体立即与碲化银量子点表面结合，从而实现NIR-II碲化银量子点的水分散性。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明制备的水分散性基于不同巯基配体的机械搅拌法实现近红外II区碲化银量子点的相转移量子点，化学稳定性高，水相稳定性好；
(2)本发明的油性量子点向缓冲溶液的转移，分散在缓冲溶液中的近红外II区碲化银量子点不仅能保持良好的胶体稳定性和高量子产率，而且保持了量子点良好的形貌和尺寸，在室温下可放置8周，仍然能保持原来的澄清透明状；
(3)本发明不仅可以大大缩短制备水分散性近红外II区碲化银量子点的时间，而且可以很好地实现水分散性近红外II区碲化银量子点的功能化修饰，是一种非常方便可行的实现近红外II区碲化银量子点的相转移与功能化修饰的方法，为实现量子点的后续功能化提供了一种更加简便可行的操作。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是实验实施方案示意图及近红外II区碲化银量子点的表征；
图2是实验发生机理的研究；
图3是不同巯基配体相转移结果和不同巯基配体的分子结构式；
图4是HS-PEG350-OCH3、HS-PEG2000-COOH、DHLA-PEG350-OCH3修饰的近红外II区碲化银量子点的稳定性和耐光漂性；
图5是HS-PEG2000-COOH修饰的近红外II区碲化银量子点的小鼠活体成像；
图6是DHLA-PEG350-OCH3、HS-PEG350-OCH3修饰的近红外II区碲化银量子点的小鼠活体成像和HS-PEG350-OCH3、HS-PEG2000-COOH、DHLA-PEG350-OCH3修饰的近红外II区碲化银量子点药代动力学和小鼠体重变化。
具体实施方式
除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的实验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
一、下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明，但不限定本发明。
本发明实施例中使用的试剂如下：
乙酸银：AR级，上海迈瑞尔化学技术有限公司；
碲粉：99.999％，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；
三氯甲烷：AR级，天津市杰尔正化工贸易有限公司；
二氢硫辛酸：DHLA，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；
三丁基膦：AR级，凯玛特(天津)化工科技有限公司；
十八胺：AR级，天津希恩思奥普德科技有限公司；
1-辛硫醇：98％，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；
β-巯基乙胺:AR级，天津美德玛生物科技有限公司；
还原型谷胱甘肽：AR级，天津美德玛生物科技有限公司；
二硫苏糖醇：AR级，天津美德玛生物科技有限公司；
HS-PEG350-OCH3:上海阿拉丁生化科技股份有限公司；
HS-PEG2000-OCH3:上海阿拉丁生化科技股份有限公司。
本发明实施例中使用的实验设备如下：
SZCL-A型数显智能控温磁力搅拌器(郑州长城科工贸)；
X射线光电子能谱(XPS,Kratos Analytical Ltd.)
高灵敏纳米粒度分析仪(malvern)；
高分辨透射电镜(FEI捷克公司)；
稳态/瞬态荧光光谱仪(爱丁堡公司)；
小动物活体成像仪(Wuhan Grand-imaging Technology Co.，)。
实施例1：水分散性NIR-II区碲化银量子点的制备方法
(1)将77.6mg的碲粉溶解于9mL的TBP,制得碲前体(浓度1mol/L)；
在通惰性气体氩气的条件下，取10mL1-十八烯，再加入520uL辛硫醇，搅拌加热至70℃，30分钟后，加入0.1g醋酸银，升温至150℃，此时迅速注入250uL碲前体，立即降温至120℃，保温生长30分钟，降温冷却至室温，即得Ag2Te量子点；
(2)将油溶性碲化银量子点溶于非极性有机溶剂中，配制成A溶液，然后将不同的巯基配体溶解在缓冲溶液或非极性有机溶剂中配制成B溶液，然后按照1：1的体积配比，将B溶液加入到A溶液中搅拌反应一定时间，待反应结束后旋蒸除去有机溶剂，然后用超滤管纯化除去多余的配体，最后收集上清液即得水分散性的碲化银量子点；
二、下面结合附图详细说明本发明的水分散性量子点的结构和性能
实验例1
图1是实验实施方案示意图及近红外II区碲化银量子点的表征；图1中a为该实验方案实施的示意图；b为油性NIR-II碲化银量子点的吸收光谱和发射光谱，其吸收峰位于923nm，发射峰为1315nm；c为本发明实施例所述油性NIR-II碲化银量子点的透射电镜(TEM)结果；d为本发明实施例所述水分散性NIR-II碲化银量子点的透射电镜(TEM)结果，从透射电镜和动态光散射结果，发现基于不同巯基配体的机械搅拌法实现近红外II区碲化银量子点的相转移方法，对量子点的尺寸和形貌几乎没有影响；e为本发明实施例所述油性NIR-II碲化银量子点的多晶体X射线衍射(XRD)结果，XRD结果显示制备的NIR-II碲化银量子点没有明显的衍射峰，衍射峰整体呈现宽化，宽化的衍射峰与单斜β-Ag2Te晶体的XRD衍射峰(JCPDS 81-1820)相匹配；f为本发明实施例所述油溶性NIR-II碲化银量子点的等离子体发射光谱(ICP-OES)结果，结果显示制备的NIR-II碲化银量子点的银碲比为2：1。
实验例2
图2为本发明实施例所述的实验发生机理的研究示意图，图2中a为本发明实施例所述油性NIR-II碲化银量子点的X射线光电子能谱表征图，结果表明油性NIR-II碲化银量子点表面存在含P的TBP的表面配体；b为本发明实施例所述水分散性NIR-II碲化银量子点的X射线光电子能谱表征图，结果表明水分散性NIR-II碲化银量子点表面已经不存在含P的表面配体；a和b的结果表面，从油相到水相的过程中，含P的表面配体即TBP在搅拌的条件下会从油性NIR-II碲化银量子点表面脱落，取而代之的是巯基化的表面配体，从而实现NIR-II碲化银量子点的水分散性；c为本发明实施例所述油相NIR-II碲化银量子点含P量和取代后的澄清液含P量的两种不同形式含P的ICP-OES定量结果，结果是油性NIR-II碲化银量子点表面的含P配体被取代量为98.92％，这表明油性NIR-II碲化银量子点表面的含P配体是被大量取代下来，从而含巯基配体上去，实现NIR-II碲化银量子点的水分散性；e为本发明实施例所述所用硫辛酸的结构式，为了验证是否只有含自由巯基的配体分子才能实现基于此法的NIR-II碲化银量子点的相转移，我们选择了不含自由巯基的硫辛酸分子；f为本发明实施例所述用硫辛酸进行油性NIR-II碲化银量子点的相转移结果，结果表明硫辛酸不能顺利地实现油性NIR-II碲化银量子点的相转移，从而验证了只有含自由巯基的配体分子才能实现基于此法的NIR-II碲化银量子点的相转移。
实验例3
图3是不同巯基配体相转移结果和不同巯基配体的分子结构式；图3中a为本发明所述的实验原理图，图2的实验结果表明油性NIR-II碲化银量子点表面有含P配体即实验过程中加入的TBP,当把油性NIR-II碲化银量子点分散在三氯甲烷中，再加入溶解在缓存液中的含自由巯基配体，在机械搅拌的条件下，含P配体会从量子点的表面脱落，同时含自由巯基配体与量子点结合，从而实现油性NIR-II碲化银量子点的相转移；b为本发明所用的不同巯基配体分子基于机械搅拌法实现NIR-II碲化银量子点的相转移结果和不同巯基配体分子的结构式。
实验例4：
图4是HS-PEG350-OCH3、HS-PEG2000-COOH、DHLA-PEG350-OCH3修饰的近红外II区碲化银量子点的稳定性和耐光漂性，图4中a、b和c分别为本发明实施例所述所用基于DHLA-PEG350-OCH3、HS-PEG350-OCH3和HS-PEG2000-COOH的实现油性NIR-II碲化银量子点相转移后的不同时间的DLS测试结果，从粒径大小、Zeta电势和水合粒径分散度即PDI值，我们可以看出经过8周之后，基于DHLA-PEG350-OCH3、HS-PEG350-OCH3和HS-PEG2000-COOH实现油性NIR-II碲化银量子点相转移制备的水分散性NIR-II碲化银量子点是水分散性稳定的，可长期保存备用；图4中d和e为本发明实施例所述所用基于DHLA-PEG350-OCH3、HS-PEG350-OCH3和HS-PEG2000-COOH实现油性NIR-II碲化银量子点相转移制备的水分散性NIR-II碲化银量子点的耐光漂性实验，结果表明，在808激光连续照射30分钟后，可以发现经过DHLA-PEG350-OCH3、HS-PEG350-OCH3和HS-PEG2000-COOH修饰后的NIR-II碲化银量子点的荧光强度几乎没有下降，但有机小分子染料吲哚菁绿(ICG)却下降了80％以上。
实验例5：
图5为本发明实施例所述HS-PEG2000-COOH修饰的NIR-II碲化银量子点的小鼠成像结果，a为小鼠的腹部成像结果，从结果可以看到小鼠腹部的血管；b为本发明实施例所述的小鼠腿部血管成像；c为本发明实施例所述的小鼠脑部血管成像；e为本发明实施例所述不同时刻小鼠腿部血管成像，从中可以看到随着时间的推移，可以清晰地看到小鼠的静脉血管和动脉血管，小鼠的活体成像结果表明经过HS-PEG2000-COOH的搅拌法制备水分散性NIR-II碲化银量子点仍具有高亮度的荧光性质，而且由于聚乙二醇的链较长，可保持水分散性NIR-II碲化银量子点在小鼠体内的循环。
实验例6：
图6是DHLA-PEG350-OCH3、HS-PEG350-OCH3修饰的近红外II区碲化银量子点的小鼠活体成像和HS-PEG350-OCH3、HS-PEG2000-COOH、DHLA-PEG350-OCH3修饰的近红外II区碲化银量子点药代动力学和小鼠体重变化；图6中，a、b和c分别为本发明实施例所述DHLA-PEG350-OCH3修饰的NIR-II碲化银量子点的小鼠的腹部血管、腿部血管和脑部血管的成像结果，结果表明经过DHLA-PEG350-OCH3的搅拌法制备水分散性NIR-II碲化银量子点仍具有高亮度的荧光性质，而且由于聚乙二醇的链较长，可保持水分散性NIR-II碲化银量子点在小鼠体内的循环；d为本发明实施例所述HS-PEG350-OCH3修饰的NIR-II碲化银量子点的小鼠成像结果，从结果可看到NIR-II碲化银量子点几乎全部聚集在小鼠的肝脏部位，这是由于聚乙二醇的链较短，导致HS-PEG350-OCH3修饰的NIR-II碲化银量子点在小鼠体内循环不起来；e为本发明实施例所述DHLA-PEG350-OCH3、HS-PEG350-OCH3和HS-PEG2000-COOH修饰的NIR-II碲化银量子点的小鼠体内药代动力学，结果表明基于不同巯基配体的机械搅拌法实现近红外II区碲化银量子点的相转移制备所得的水分散性NIR-II碲化银量子点在小鼠体内代谢快；f为本发明实施例所述用DHLA-PEG350-OCH3、HS-PEG350-OCH3和HS-PEG2000-COOH修饰的NIR-II碲化银量子点尾静脉注射小鼠后，小鼠的体重变化；结果表明小鼠的体重平稳，变化不大，说明基于不同巯基配体的机械搅拌法实现近红外II区碲化银量子点的相转移制备所得的水分散性NIR-II碲化银量子点的体内毒性小。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。