水溶性CdTe量子點的制備熒光特性分析和對蛋白質(zhì)標記的初步研究

1、 .PAGE26 / NUMPAGES362013年度本科生畢業(yè)論文（設計）水溶性CdTe量子點的制備、熒光特 性分析與其對蛋白質(zhì)標記的初步研究 院 系： 理學院 物理系 專 業(yè)： 物理學專業(yè) 年 級： 2009級 學生： 清俊 學 號： 6 導師與職稱： 宏偉（副教授） 2013年5月2013Annual GraduationThesis (Project) oftheCollegeUndergraduateThe preparation of water-soluble CdTe quantum dots, fluorescence analysis and the preliminary

2、 studies of protein interactionsDepartment:College of ScienceMajor: physicsGrade:2009Students Name: Qingjun ZhangStudent No.:6Tutor: associate professor Hongwei Zhang May 2013畢業(yè)論文（設計）原創(chuàng)性聲明本人所呈交的畢業(yè)論文（設計）是我在導師的指導下進行的研究工作與取得的研究成果。據(jù)我所知，除文中已經(jīng)注明引用的容外，本論文（設計）不包含其他個人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本論文（設計）的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在

3、文中作了明確說明并表示意。 作者簽名： 日期： 畢業(yè)論文（設計）授權使用說明本論文（設計）作者完全了解紅河學院有關保留、使用畢業(yè)論文（設計）的規(guī)定，學校有權保留論文（設計）并向相關部門送交論文（設計）的電子版和紙質(zhì)版。有權將論文（設計）用于非贏利目的的少量復制并允許論文（設計）進入學校圖書館被查閱。學校可以公布論文（設計）的全部或部分容。的論文（設計）在解密后適用本規(guī)定。 作者簽名： 指導教師簽名：日期： 日期： 畢業(yè)論文（設計）答辯委員會(答辯小組)成員職稱單位備注閔琦教授紅河學院主席（組長）王世恩教授紅河學院王小兵教授紅河學院丁志美實驗師紅河學院摘要-族量子點(Quantum Dots)由

4、于其獨特的光學性質(zhì)和在生物成像和熒光標記等方面的良好應用前景而受到廣泛的關注，水溶性CdTe量子點具有特殊優(yōu)良的可見光區(qū)發(fā)射性質(zhì)，且激發(fā)譜連續(xù)分布，熒光峰位置可隨量子點的物理尺寸進行調(diào)控，在激發(fā)光照射下，不同粒徑的量子點發(fā)射出顏色不同的熒光，并且熒光強度高，半峰寬窄、穩(wěn)定性好 ，作為生物熒光探針，有著機染料不可比擬的優(yōu)異性。在生物識別與其檢測方面具有潛在的應用前景，是近十年來研究的一個熱點。量子點雖然在生物應用中取得了有意義的進展，但是如何制備出性能優(yōu)異、穩(wěn)定性高、水溶性好的量子點，目前還在探索之中。本文以巰基乙酸(HSCHCOOH，TGA)為穩(wěn)定劑，NaHTe為前驅(qū)體水相合成水溶性CdTe量

5、子點，改變制備條件 (反應溫度、反應時間、反應濃度比、PH值) ，生成不同粒徑、熒光強弱不同的量子點，分析熒光光譜和紫外-可見吸收光光譜峰位紅移或藍移。由于量子點特有的尺寸效應，可以得出量子點的尺寸變化，從光譜圖上看出每種合成條件下的量子點的熒光強弱，比較各種制備條件，尋找出最優(yōu)化的水相合成量子點制備條件。用量子點對蛋白質(zhì)的標記后，發(fā)現(xiàn)量子點對蛋白質(zhì)的結構有影響，并且它們之間會形成相互靜電作用，蛋白質(zhì)對量子點表面有修飾和穩(wěn)定作用，初步研究與蛋白質(zhì)偶聯(lián)前后的量子點熒光光譜，分析光譜差異的原因。通過熒光光譜分析，得到了制備量子點的最佳控制條件，(1)反應溫度在100以下，溫度越高，一樣時間量子點生

6、長速度較快，熒光特性越明顯圖(3-4）可知90時熒光最強。（2)量子點隨回流時間的增長峰位逐漸紅移，熒光強度先增加后減小，0-8h時間，圖(3-3)6h時熒光效果最明顯，隨后又減弱。(3）PH過低，溶液中較大，影響巰基與鎘離子的配位，隨著PH值得增大，Cd-Te相互作用增強，PH=10.0時，量子點表面缺陷得到了很好的修飾，熒光效果最好。(4）在一樣時間，含Te-濃度越高的，生長速度越快，粒徑尺寸變化越大，熒光強度越明顯，熒光發(fā)射峰位越寬，因此，一定條件下，改變前驅(qū)體的濃度，能夠影響量子點的生長速度。關鍵詞：制備；水溶性CdTe量子點；熒光特性；蛋白質(zhì)；標記。AbstractII-VI qua

7、ntum dots (Quantum Dots) due to their unique optical properties and in biological imaging and fluorescence labeling and other aspects of good application prospect and widespread concern, water-soluble CdTe quantum dots have visible light emission properties of special excellent, and excitation spect

8、ra of continuous distribution, the physical size of fluorescence peak position with the quantum the regulation, under excitation light with different particle size, quantum dots emit different colors of fluorescence, and high fluorescence intensity, narrow half-peak width, good stability, as biologi

9、cal fluorescent probes, has excellent machine dye incomparable. It has potential application prospect in the aspects of biological recognition and detection, is a hot research in recent ten years.Quantum dots while meaningful progress has been made in biological applications, but how to prepare high

10、 performance, high stability, water-soluble QDs good, at present is still exploring. In this paper, by using thioglycolic acid (HSCH, COOH, TGA) as the stabilizer, NaHTe as precursor aqueous synthesis of water-soluble CdTe quantum dots, changing the preparation conditions (reaction temperature, reac

11、tion time, concentration ratio, pH value), to generate different particle size, fluorescence intensity of quantum dots, analysis of fluorescence and UV - visible optical absorption spectra red-shift or blue-shift. Due to the size effect of quantum dot special, dimensions changes can be obtained from

12、 the spectra of quantum dots, the fluorescence intensity of quantum dots each synthetic conditions, comparison of various preparation conditions, find out the preparation conditions of quantum dots synthesized in aqueous solution of optimization system. With quantum dots of protein markers, found th

13、at quantum dots have an effect on the structure of the protein, and can form mutual electrostatic interactions between them, the protein of the quantum dot surface modification and stable effect, a preliminary study and protein coupling quantum dot fluorescent spectra, before and after the analysis

14、of reason for the difference between the spectra.Through the analysis of fluorescence spectrum, optimal condition of the preparation of quantum dots (1) was obtained, the reaction temperature is below 100 , the higher the temperature, the quantum dot the same time faster growth, fluorescence charact

15、eristics more obvious diagram (3-4) shows 90 the highest fluorescence. (2) quantum dots along with the growth of the circumfluence time peak gradually red shift of fluorescence intensity first increases then decreases, 0 to 8 h, figure (3-3) fluorescence effect is most obvious when 6 h, and then wan

16、e(3) PH is too low, the larger effect of thiol solution, and cadmium ions, with increasing PH value, the interaction of Cd-Te enhancement, PH=10.0, surface defects of QDs has been very good modification effect is the best, fluorescence. (4) in the same time, with the higher concentration of Te-, the

17、 faster the growth, size change is more obvious, fluorescence intensity, fluorescence emission peak width, therefore, under certain conditions, changing the concentration of precursor, can affect the growth of quantum dots.Keywords: preparation; water soluble CdTe quantum dots; fluorescence; protein

18、; marking.目錄TOC o 1-3 h z uHYPERLINK l _Toc356896738引言 PAGEREF _Toc356896738 h 1HYPERLINK l _Toc356896739第一章緒論 PAGEREF _Toc356896739 h 2HYPERLINK l _Toc3568967401. 1量子點概述 PAGEREF _Toc356896740 h 2HYPERLINK l _Toc3568967411.1.1量子點 PAGEREF _Toc356896741 h 2HYPERLINK l _Toc3568967421.1.2量子點的基本性質(zhì) PAGERE

19、F _Toc356896742 h 2HYPERLINK l _Toc3568967431.2光譜法研究生物蛋白質(zhì)大分子相互作用的理論基礎 PAGEREF _Toc356896743 h 4HYPERLINK l _Toc3568967441.2.1紫外一可見吸收光譜法 PAGEREF _Toc356896744 h 4HYPERLINK l _Toc3568967451.2.2熒光光譜法 PAGEREF _Toc356896745 h 5HYPERLINK l _Toc356896746第二章水溶性CdTe量子點的制備 PAGEREF _Toc356896746 h 7HYPERLINK l

20、 _Toc3568967472.1實驗試劑 PAGEREF _Toc356896747 h 7HYPERLINK l _Toc3568967482.2 實驗儀器 PAGEREF _Toc356896748 h 7HYPERLINK l _Toc3568967492.3在不同合成條件下水相制備水溶性CdTe量子點 PAGEREF _Toc356896749 h 7HYPERLINK l _Toc3568967502.3.1二次蒸餾水的制備 PAGEREF _Toc356896750 h 7HYPERLINK l _Toc3568967512.3.2前驅(qū)體反應液NaHTe的制備 PAGEREF _

21、Toc356896751 h 8HYPERLINK l _Toc3568967522.3.3CdTe量子點的生成 PAGEREF _Toc356896752 h 8HYPERLINK l _Toc3568967532.3.4改變合成條件制備不同的CdTe量子點 PAGEREF _Toc356896753 h 8HYPERLINK l _Toc3568967542.3.5實驗過程中注意事項總結 PAGEREF _Toc356896754 h 11HYPERLINK l _Toc356896755第三章 CdTe量子點的熒光光譜和紫外-可見吸收光光譜分析 PAGEREF _Toc356896755

22、 h 12HYPERLINK l _Toc3568967563.1紫外燈照射下產(chǎn)生的熒光現(xiàn)象 PAGEREF _Toc356896756 h 12HYPERLINK l _Toc3568967573.2不同反應時間對量子點熒光特性的影響 PAGEREF _Toc356896757 h 13HYPERLINK l _Toc3568967583.3反應溫度對量子點熒光特性的影響 PAGEREF _Toc356896758 h 13HYPERLINK l _Toc3568967593.4溶液PH值對量子點熒光特性的影響 PAGEREF _Toc356896759 h 14HYPERLINK l _T

23、oc3568967603.5反應物離子比對量子點熒光特性的影響 PAGEREF _Toc356896760 h 15HYPERLINK l _Toc3568967613.6量子點紫外-可見吸收光光譜和熒光光譜 PAGEREF _Toc356896761 h 16HYPERLINK l _Toc3568967623.7量子點的粒徑分析 PAGEREF _Toc356896762 h 17HYPERLINK l _Toc356896763第四章 CdTe量子點對蛋白質(zhì)標記的初步研究 PAGEREF _Toc356896763 h 18HYPERLINK l _Toc3568967644.1量子點對

24、蛋白質(zhì)結構的影響 PAGEREF _Toc356896764 h 18HYPERLINK l _Toc3568967654.2量子點與蛋白質(zhì)的靜電相互作用 PAGEREF _Toc356896765 h 20HYPERLINK l _Toc3568967664.3蛋白質(zhì)對量子點表面的修飾和穩(wěn)定作用 PAGEREF _Toc356896766 h 21HYPERLINK l _Toc3568967674.4量子點與蛋白質(zhì)偶聯(lián)前后熒光光譜分析 PAGEREF _Toc356896767 h 21HYPERLINK l _Toc356896768第五章結論與展望 PAGEREF _Toc356896

25、768 h 23HYPERLINK l _Toc356896769參考文獻 PAGEREF _Toc356896769 h 24HYPERLINK l _Toc356896770致 PAGEREF _Toc356896770 h 25引言納米科學技術的基本涵義是在納米尺寸(1010m)圍認識和改造自然，通過直接操作和組裝原子、分子創(chuàng)造新的物質(zhì)。它是誕生于20世紀80年代末并迅速崛起的一種新科技。納米科技是二十一世紀科技產(chǎn)業(yè)革命的重要容之一，是高度交叉的綜合學科，包括物理學、化學、生物學、材料科學和電子學等。納米粒子因具有自身的特性，使其在發(fā)光材料、光敏傳感器等方面具有廣闊的應用前景，近幾年，在

26、納米粒子的合成和性質(zhì)改造上取得的顯著成果使得納米粒子的熒光標記在生物學上的應用也開始嶄露頭角。在材料領域“納米熱”中，納米半導體材料脫穎而出納米半導體是低維半導體，包括零維材料(量子點)，量子點具有優(yōu)良的光譜特征和光化學穩(wěn)定性，其中研究較多的為(=、)1。量子點外觀類似點狀物，結構對稱，部電子在各個方向上受到限制，因此量子限域效應特別顯著，這種效應使得量子點具有獨特的光、電、熱和力學等性質(zhì)。II一VI型量子點的熒光特性比傳統(tǒng)熒光染料具有明顯的優(yōu)越性;它是多電子體系，熒光效率遠高于單個分子;量子點熒光發(fā)射波長可通過粒徑大小加以調(diào)節(jié)，不同大小的量子點能被單一波長的光激發(fā)而發(fā)出不同顏色的熒光，可實現(xiàn)

27、同時檢測.II一 VI型量子點的熒光可以持續(xù)很長時間而不褪色.因此在生物顯像和分子生物探針以與DNA分子標記與診斷方面具有廣泛的應用。第一章 緒論1. 1量子點概述1.1.1量子點量子點(QDs, quantum dots )，量子點是指半徑小于或接近于激子玻爾半徑的半導體納米晶粒，是一種零維的納米材料，是指尺寸在納米級的金屬或半導體材料的細小顆粒，其尺寸圍在1-100 nm。它是II -VI族或III- V族元素組成的化合物，具有性質(zhì)穩(wěn)定、對生物染色效果好、毒性小等優(yōu)點，能夠接受激發(fā)光產(chǎn)生熒光，具有類似體相晶體的規(guī)整原子排布，目前研究最多的有表1-1這些量子點。 表1-1各種量子點族 量子點

28、= 2 * ROMANII-= 6 * ROMANVIMgSMgSe MgTe CaS CaSe CaTe SrS SrSe SrTe Bas BaSe= 3 * ROMANIII-= 5 * ROMANV BaTe ZnS ZnSe ZnTe CdS CdSe CdTe HgS HgSe GaAs InGaAs InP量子點也可以作為一種非常小的半導體材料器件，這種器件的結構和形狀以與所包含的電子數(shù)目都是可以控制的，量子點可以有單個到數(shù)千個電子。由于量子點是介于體相材料與分子間的物質(zhì)狀態(tài)，并且它是由非金屬到金屬過渡的元素組成，因此在性質(zhì)上展示出許多特殊的光、電、磁、催化等性質(zhì)2。1 .1 .

29、2量子點的基本性質(zhì)量子點的量子效應是它特有的性質(zhì)。當顆粒尺寸處于納米量級時，尺寸限域?qū)⒁鸪叽缧缌孔酉抻蛐?，表面效應，量子點的量子效應集中表現(xiàn)在以下幾個方面:(1)量子尺寸效應當半導體納米粒子尺寸與其激子波爾半徑近似時，隨著粒子尺寸的減小，半導體的有效帶隙增加，其相應的吸收光譜和熒光光譜發(fā)生藍移，從而在能帶中形成一系列分立能級，即存在量子尺寸效應。這樣就可以通過控制量子點的形狀結構和尺寸，調(diào)節(jié)其能隙寬度，激子束縛能的大小以與激子的能量藍移等電子狀態(tài)。 同樣量子點的尺寸大小也影響它的光譜紅移現(xiàn)象?？傊?，尺寸越小，則光譜的藍移現(xiàn)象越顯著，反之尺寸越大紅移現(xiàn)象越明顯2。 (2)量子限域效應由

30、于量子點與電子的De.Broglie波長，相干波長與激子Bohr半徑可比擬，電子局限在納米空間，電子輸運受到限制，電子的平均自由程很短，空穴很容易與它形成激子，引起電子和空穴波函數(shù)的重疊，這就很容易產(chǎn)生激子吸收帶。電子和空穴的波函數(shù)的重疊因子隨著顆粒減小而增加，則激子帶的吸收系數(shù)隨著粒徑下降而增加，即出現(xiàn)激子增強吸收藍移，這就稱作量子限域效應。對于量子點，當粒徑與Wannier激子半徑，Bohr半徑近似或更小時，處于強限域區(qū)，易形成激子，產(chǎn)生激子吸收帶。隨著粒徑的減小，激子帶的吸收系數(shù)增加，出現(xiàn)激子強吸收。由于量子限域效應，激子的最低能量向高能方向移動，即藍移2。(3)表面效應表面效應指隨著量

31、子點粒徑的減小，大部分原子位于量子點的表面，量子點的比表面積隨著粒徑的減小而增大。由于納米顆粒具有很大的比表面積，表面相原子數(shù)增多，導致了表面原子的配位不足，不飽和鍵和懸鍵增多，使這些表面原子具有很高的活性，極不穩(wěn)定，很容易與其它原子結合。這種表面效應將引起納米粒子較大的表面能和較高的活性。表面原子的活性不但會引起納米粒子表面輸運和構型的變化，同時也會引起表面原子自身構象和電子能譜的變化，出現(xiàn)表面缺陷。表面缺陷導致陷阱電子或空穴，它們將反過來影響量子點的發(fā)光性質(zhì)2。(4)小尺寸效應當超細微粒的尺寸與光波波長，De.Broglie波長以與超導態(tài)的相干長度或透射深度等物理特征尺寸相當或更小時，晶體

32、周期性的邊界條件將被破壞;非晶態(tài)納米微粒的顆粒表面層附近原子密度減少，導致光、聲、電、磁、 力、 熱學等特性表現(xiàn)出新的小尺寸效應2。(5)宏觀量子隧道效應微觀粒子具有貫穿勢壘的能力稱為隧道效應。近年來，人們發(fā)現(xiàn)一些宏觀量，例如微顆粒的磁化強度，量子相干期間的磁通量等也具有宏觀隧道效應，稱為宏觀的量子隧道效應2。1.2光譜法研究生物蛋白質(zhì)大分子相互作用的理論基礎科研人員采用了多種實驗手段，如光譜法、電化學分析法、核磁共振分析法、質(zhì)譜法、色譜法和電泳技術、微量熱法、掃描探針顯微鏡(原子力顯微鏡、掃描隧道顯微鏡等)、平衡滲析以與超速離心技術等方法，研究了小分子(藥物、染料、配位化合物等)與生物大分子

33、間的非共價相互作用3。量子點作為一種新型的熒光納米半導體材料，其理化性質(zhì)與一般藥物小分子，染料等不同，一般的，量子點比表面積大，可與生物分子多點結合。量子點與配位化合物在一定程度上相似，如量子點與表面修飾試劑間的配位結合等。配位化合物具有表面電荷，容易與生物分子發(fā)生非特異性的靜電吸附。而量子點可以通過可調(diào)合成控制量子點表面電荷特性，從而使量子點相對于一般的小分子在此領域有更加廣闊的應用。但是目前研究量子點與生物大分子間的方法還主要沿用以上方法，并沒有就納米材料與生物大分子間的相互作用而建立特殊的分析方法，下面就分別介紹了相關方法在研究量子點與生物大分子間相互作用中的理論基礎和具體用途3。1.2

34、.1紫外一可見吸收光譜法紫外一可見吸收光譜(UV-Vis)是研究量子點與生物大分子相互作用的一種最方便、最常用的技術。組成生命體蛋白質(zhì)的基本氨基酸有20種，其中有4種氨基酸有紫外信號，前三個為帶芳香環(huán)之氨基酸，最后一個為帶有非鍵S原子的氨基酸3。圖1-2具有紫外吸收的四種氨基酸脫氧核糖核酸(DNA)主要是由堿基、五碳糖與磷酸所組成，在堿基中又細分為五個堿基對，分別為歸類在purine的A (Adenosine) , G (Guanosine)與歸類在pyrimidine的T (Thymidine)、C (Cytidine)、U (Uridine) 3。其化學結構如下圖所示:圖1-3雙鏈DNA四

35、種常見的堿基對結構中含有大量的共扼雙鍵。因此，可利用量子點與生物大分子結合前后，兩者之一的吸收光譜的變化來判斷量子點與蛋白質(zhì)、核酸等是否存在相互作用，得到作用方式(德平，2008)、熱力學參數(shù)等信息，還可以進一步研究實驗條件對熱力學參數(shù)的影響。在蛋白質(zhì)分子中某些氨基酸殘基(尤其是芳香氨基酸殘基)和許多量子點中都會有生色團，在紫外光譜中能產(chǎn)生吸收峰，根據(jù)峰形和峰位的變化即可判定量子點是否與蛋白質(zhì)發(fā)生作用(王君和任百祥，2003)。量子點與核酸的相互作用會引起紫外吸收光譜的紅移或藍移，因而出現(xiàn)增色或減色效應3。1.2.2熒光光譜法熒光光譜法是研究生物大分子與量子點、離子相互作用的重要手段。蛋白中的

36、色氨酸殘基、酪氨酸殘基和苯丙氨酸殘基均含有生色基團。通常用285nm激發(fā)時，蛋白質(zhì)中色氨酸殘基和酪氨酸殘基均有貢獻，而300 nm激發(fā)時，只有色氨酸殘基有貢獻。同時色氨酸殘基和苯丙氨酸殘基由于其側(cè)鏈基團不同，有不同的光譜，其最大波長分別為348 nm、303 nm和282 nm，研究蛋白質(zhì)的熒光碎滅過程能得到量子點與蛋白質(zhì)作用的結合常數(shù)、作用區(qū)域與位置信息(永春和胡之德，2005)。熒光碎滅法(Lakowicz and R, 1983 )可分為動態(tài)碎滅和靜態(tài)碎滅兩種方式，可以引入外源性熒光作為指示探針，也可利用蛋白質(zhì)、核酸等自身的源性熒光作為探針(嘩，2008)。在動態(tài)碎滅過程中，蛋白質(zhì)等熒光

37、體與熒光碎滅劑分子間的相互作用可以用動態(tài)碎滅常數(shù)描述，Stern-Volmer方程如下:其中，F(xiàn)和F分別為猝滅劑（CdTe量子點)缺失和存在下熒光體的熒光強度；K為動態(tài)猝滅常數(shù)，即(Stern-Volmer促滅常數(shù))它描述了生物大分子與熒光猝滅劑分子彼此擴散和相互碰撞到達到動態(tài)平衡時的量數(shù)關系；為CdTe量子點的濃度，K為動態(tài)熒光猝滅速率常數(shù)，它反映了體系中分子的彼此擴散和相互碰撞對生物大分子熒光壽命衰減速率的影響；為猝滅劑不存在時熒光分子的平均壽命，一般的，蛋白質(zhì)熒光體的熒光平均壽命約為s；靜態(tài)熒光猝滅作用是指熒光體分子與熒光猝滅劑分子之間借助分子間力，彼此結合形成具有一定結構的超分子化合物

38、，而導致熒光體熒光強度減弱現(xiàn)象，用靜態(tài)熒光猝滅結合常數(shù) Lineweaver-Burk雙倒數(shù)函數(shù) 進行描述： 其中,( L/mol )描述了在靜態(tài)猝滅過程中生物大分子與熒光猝滅分子劑分子的結合反應到達平衡時的量效關系。鍵合常數(shù)和鍵合位點（n）通過Scatchard方程測定 其中，n指鍵合位點的數(shù)量、指QDs-BSA復合物的鍵合常數(shù)。借助熒光猝滅法可以測得量子點與生物分子的結合常數(shù)與結合點數(shù)n，再依據(jù)Forster能量轉(zhuǎn)移機制可求出配體受體間的結合距離r與能量轉(zhuǎn)移效率E3。第二章 水溶性CdTe量子點的制備2.1實驗試劑氯化鎘()(AR)、碲粉(99.999)(AR)、硼氫化鈉()(AR)、液氮

39、()、巰基乙酸(AR)、氫氧化鈉等均為分析純(AR)、硫酸、鹽酸、三次蒸餾水、牛血清白蛋白。2.2 實驗儀器三口燒瓶、球形冷凝管、小燒瓶、磁子、注射器、移液管、容量瓶、量筒，鐵架臺、蛇形回流裝置、玻璃棒、燒杯、膠管、塞子、溫度計、小瓶子、電子天平、恒溫磁力攪拌器、紫外-可見光光譜儀(日立F-7000）、熒光分光光度計、PH計(PHS-3D）2.3不同合成條件下水相制備水溶性CdTe量子點2.3.1二次蒸餾水的制備由于水溶性量子點CdTe的前驅(qū)體NaHTe溶液的配置是極被容易氧化的過程，并且保證試驗樣品的純凈，因此，選用作為水相制備量子點的溶劑為二次蒸餾水或三次蒸餾水。圖2-1為制備二次蒸餾水的

40、簡易裝置圖2-1制備二次蒸餾水的實物圖由于實驗需要蒸餾水較多，此裝置所制得的二次蒸餾水不能提供所需，后改用三次蒸餾水作為反應的溶劑。2.3.2前驅(qū)體反應液NaHTe的制備選用一個體積為100ml的小燒杯，加入制備好的50ml高純?nèi)握麴s水， 通入N2 除氧1h ，稱取一定量的碲粉和相對應摩爾反應比的硼氫化鈉NaHTe，然后用一個洗凈的體積為10ml醫(yī)用藥劑小瓶，通入N2 將瓶的氧氣排出，接著放入稱取好的碲粉和硼氫化鈉，用橡皮塞把瓶口塞緊，再用透明膠布把瓶口周圍封住，通過注射器漸漸注入除氧后的三次蒸餾水3ml，反應時開始時可以看到注射器的水由于重力原因往小瓶里下滴，隨著反應生成的H使外產(chǎn)生壓強差

41、注射器的水不在下滴，將小瓶利用超聲儀超聲震蕩0.5h，可以看到小瓶的反應液漸漸變?yōu)闇\紫色，最終變?yōu)樽仙?。反應方程式為?NaBH4+2Te+7H2O2NaHTe+NaB4O7+14H22.3.3CdTe量子點的生成稱取適量的CdCl22.5H2O于小燒杯中，加入30ml除氧后三次蒸餾水攪拌溶解，再加入適量的疏基乙酸，可以看到溶液呈乳白色，并用1mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)PH值，溶液變?yōu)闊o色，然后用注射器汲取上述制得到的NaHTe溶液注入此溶液中，然后在轉(zhuǎn)入到250ml三口瓶中，再加入除氧后的三次蒸餾水，使反應液體積為200ml，通過PH計測定PH值 ，組裝反應儀器 ，加熱回流，不同的時間抽取

42、樣品。此階段的反應方程式為：nCdCl2 + nNaHSe + mHSCH2COOH (CdTe)n(SCH2COOH)m2.3.4改變合成條件制備不同的CdTe量子點本次試驗研究量子點合成條件 反應溫度、反應時間、反應濃度比、PH 的不同，制備不同的量子點。反應溫度 50607080 90 反應時間 0min 10min 30min 1h 2h 3h 4h 5h 6h 7h 8h 反應濃度比 Cd2+：Te-：TGA=1.0：0.5：1 、Cd2+：Te-：TGA=1.0：0.25：1 、Cd2+：Te-：TGA=1.00.5：2 、 Cd2+：Te-：TGA=1.0：0.25：2 、Cd2

43、+：Te-：TGA=1.0：1.0：1.0 、Cd2+：Te-：TGA=1.0：1.0：2.0 巰基乙酸比例分別 0.5 ： 1 ： 2 PH 為 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 10.0 10.5 11.0下面以反應時間的不同配置水溶性CdTe量子點為例。分別稱取0.0128g碲粉和0.0080g硼氫化鈉，加入到洗凈的醫(yī)用小藥劑瓶中，用橡皮塞塞住 ，再用透明膠布將瓶口周圍封住，利用注射器向瓶注入3ml除氧后的三級水，將小瓶用超聲儀震蕩0.5h，可以看到瓶液體由黑色變?yōu)椴椟S色又變?yōu)闇\紫色后變?yōu)樽仙?，把小瓶放置一邊。然后稱取0.0254g用除氧后的三次蒸餾水50ml溶于小燒杯中，待完全溶

44、解后，向燒杯中滴入0.0098g巰基乙酸，生成白色絮狀沉淀，滴加1mol/LNaOH3ml,液體漸漸變澄清，把燒杯的液體倒入到250ml的三口燒瓶里，再將反應完的前驅(qū)體NaHTe溶液注入燒瓶，可以看到隨著注入量的增多，溶液顏色加深變?yōu)槌赛S色，接著組裝好儀器，通 N2 15min后，加熱回流，根據(jù)回流反應時間的不同，抽取樣品。下圖2-2為實驗裝置反應圖 圖2-3為CdTe樣品圖 圖2-2 水溶性CdTe量子點制備的實物圖 圖2-3水溶性CdTe量子點樣品 改變其他合成條件制備量子點，方法和上面步驟差不多，主要是藥劑的濃度、PH值的調(diào)節(jié)、溫度的控制、時間等幾方面因素改變。通過制備出不同條件下的量子

45、點，最后進行檢測、綜合分析各種條件下所制得的量子點的熒光特性，比較得出實用性最佳的量子點制備條件。2.3.5實驗過程中注意事項總結1、實驗室里面放置的多數(shù)是一些化學試劑，有濃烈的氣味，有害于身體健康，進入實驗室首先要開啟窗子，保證空氣的流通，待氣味較小時，才能做實驗。2、做實驗時、涉與到水、電、火的利用，因此，實驗過程中應正確進行操作，勿粗心大意，造成不必要的傷害。3、由于所做試驗樣品在合成條件、如稱量、調(diào)節(jié)PH方面要求細微，需認真細心方能制備出成功德樣品的4、配置前驅(qū)體NaHTe溶液是制備水溶性CdTe量子點實驗操作關鍵部分，因為前驅(qū)體溶液極易被氧化，量子點制備的成功與否，與之息息相關，實驗

46、過程中，對三次蒸餾水的除氧，反應時防止空氣的接觸影響等因素應根據(jù)實驗儀器，合理地組裝實驗裝置，本次實驗，采用了一個簡捷有效的操作，用一個洗凈的醫(yī)用藥劑小瓶，首先用氮氣排除里面的空氣，隨之加入試劑，蓋上瓶塞，用透明膠布封住小瓶的四周，再用注射器注入少量的除氧后的三次蒸餾水。5、碲屬于過度化學元素，有金屬的性質(zhì)，與硼氫化鈉反應比較緩慢，為了反應的需要，必須要用超聲儀超聲震蕩反應,也可以適當?shù)乃》磻?、制備好的樣品應封閉放置，防止被氧化，并且與時檢測樣品，因為樣品會隨放置時間的增長粒徑增大，對熒光和紫外-可見光光譜分析研究造成影響。第三章 CdTe量子點的熒光光譜和紫外-可見吸收光光譜分析3.1

47、紫外燈照射下產(chǎn)生的熒光現(xiàn)象量子點通過不同波長的可見光照射激發(fā)，會產(chǎn)生不同顏色的熒光，下圖3-1、3-2為激發(fā)波長為380nm的紫外光照射離子比Cd2+：Te-：TGA=1.0：0.5：1 PH=10 回流時間2h 回流溫度T=90 CdTe量子點的熒光圖片 3-1圖相機閃光照 3-2圖相機未閃光照3.2不同反應時間對量子點熒光特性的圖3-3為離子比Cd2+：Te-：TGA=1.0：1.0：1.0 PH=10.0 溫度T=90 不同回流時間(0-8h)所得到的量子點的熒光發(fā)射光譜圖 圖3-3 不同回流時間的熒光發(fā)射光譜圖由圖3-3可以看出，從時間(0h-6h)，隨著回流時間的增長，熒光發(fā)射峰逐漸

48、發(fā)生紅移，其熒光強度也不斷增強，6h時其熒光強度最強，說明CdTe量子點不斷在生長，粒徑在增大，熒光強度在6h后在逐漸減弱，但發(fā)射峰是一直在紅移增加的。a和b熒光強度很小，可能是由于回流時間太短，溶液里面Cd2+離子和Te-離子結晶結合反應生成的CdTe量子點很少，熒光強度弱，隨著回流時間的加長， CdTe量子點的合成增多并且Cd2+與巰基乙酸的復合物在微粒表面發(fā)生了進一步反應，有效去除CdTe的很多表面缺陷，提高了發(fā)光效率。6h后粒徑漸漸增大而熒光強度卻變?nèi)?，根?jù)量子效應的尺度原理，在1-10納米圍量子效應才明顯，低于或高于這個尺寸其量子效應都將減弱。3.3反應溫度對量子點熒光特性的影響圖3

49、-4是Cd2+：Te-：TGA=1.0：1.0：2.0 PH=9.5 回流時間為3h 回流溫度為5060708090 CdTe量子點的熒光發(fā)射光譜圖 圖3-4不同溫度下的熒光發(fā)射光譜圖從圖3-4可得知，其他條件一定時，量子點隨著溫度的上升，熒光峰位發(fā)生紅移說明量子點粒子的粒徑隨溫度升高逐漸增大，50時量子點粒徑分布比較分散，熒光半峰寬寬，90時量子點粒徑分布集中、單一使熒光半峰寬變窄，隨溫度的上升熒光半峰寬變窄，熒光強度隨溫度的增加，一直增強。因此，把量子點作為熒光探針標記生物細胞，90為制備量子點的最佳溫度。3.4溶液PH值對量子點熒光特性的影響圖3-5是反應溫度T=90 離子比Cd2+：T

50、e-：TGA=1.0：1.0：2.0 回流時間為3h 不同PH值 分別PH為(7.5、8.0、9.0、10.0、11.0） 圖3-5 不同PH值的熒光發(fā)射光譜圖由圖3-5看出，隨著PH的增大，熒光強度先增強后又減弱，熒光峰先增大后又減小，當PH=10.0時，量子點的熒光強度最好，發(fā)射峰位最大。PH值對量子點的影響與半導體納米晶粒表面結構有關，反應PH值的不同，導致穩(wěn)定劑巰基乙酸分子與Cd2+的結合、影響生成量子點的尺寸大小，結構等方面的差異，當PH較小時，溶液中較大，影響巰基與鎘離子的配位，隨著PH值得增大，Cd-Te相互作用增強，PH=10.0時，量子點表面缺陷得到了很好的修飾，但PH增加到

51、11.0時，溶液中納米粒子生長過快，量子點部缺陷增多，量子點的熒光強度反而下降了，因此，在此配比制備下PH=10.0是制備量子點的最佳條件。3.5反應物離子比對量子點熒光特性的影響制取回流時間一樣3h，PH=10.0 反應溫度T=80 離子配比分別為Cd2+：Te-：TGA=1.0：0.5：1 、Cd2+：Te-：TGA=1.0：0.25：1 的兩種量子點樣品的熒光發(fā)射光譜圖(圖3-6)所示 圖3-6不同Cd2+、Te-離子比的熒光發(fā)射光譜圖 由3-6圖可知，在離子比為Cd2+：Te-：TGA=1.0：0.5：1的反應液中，前驅(qū)體中的Te-濃度較大，Te-很快與Cd2+生成大量的CdTe量子點

52、晶核，隨著反應的進行，量子點粒子生長較快。離子比為Cd2+：Te-：TGA=1.0：0.25：1的反應液中前驅(qū)體所含Te-濃度較小，形成的量子點晶核較少。在一樣時間，含Te-濃度越高的，生長速度越快，粒徑尺寸變化越大，熒光強度越明顯，熒光發(fā)射峰位越寬，因此，一定條件下，改變前驅(qū)體的濃度，能夠影響量子點的生長速度。3.6量子點紫外-可見吸收光光譜和熒光光譜圖3-7是反應溫度T=90 離子比Cd2+：Te-：TGA=1.0：1.0：2.0 回流時間為3h PH=10.00量子點的紫外-可見吸收光光譜和熒光光譜圖 圖3-7 熒光光譜與紫外-可見吸收光光譜從3-7圖(b)CdTe量子點的紫外吸收光光譜

53、看出，吸收峰位為552nm屬于綠光區(qū)(500-560nm）其峰位對應的量子點吸收峰位主要集中在550nm左右。圖(a）熒光光譜圖中出現(xiàn)了兩個峰位，分別為432nm和489nm，可能是有雜質(zhì)離子的存在，從其熒光強度來看432nm處熒光強度弱、489nm處熒光強度強，可以推斷出432nm處的波峰是由雜質(zhì)離子產(chǎn)生的。3.7量子點的粒徑分析 不同粒徑的量子點晶核，在不同可見光的照射激發(fā)下，會產(chǎn)生不同顏色的熒光，粒徑的不同，決定了量子點不同的性質(zhì)，粒徑在1-10nm的量子點都具有明顯的熒光效應，通過紫外-可見吸收光譜可以計算量子點的粒徑，根據(jù)如下經(jīng)驗公式D= 其中D為粒徑為最大紫外吸收波長，由圖3-7可

54、知CdTe量子點的最大吸收波長等于562nm，帶入計算得量子點粒徑D為2.89nm第四章 CdTe量子點對蛋白質(zhì)標記的初步研究小分子與蛋白質(zhì)之間的相互作用已被廣泛研究(銳等，2006)，但是目前關于量子點對蛋白質(zhì)標記的研究并不多見。從量子點對蛋白質(zhì)結構的影響(氫鍵、離子鍵、疏水鍵、雙硫鍵);量子點與蛋白質(zhì)的靜電相互作用;蛋白質(zhì)對量子點的表面修飾和穩(wěn)定，量子點與蛋白質(zhì)偶聯(lián)前后熒光光譜分析，這四個方面來介紹量子點對蛋白質(zhì)標記的研究3。4.1量子點對蛋白質(zhì)結構的影響蛋白質(zhì)的一級結構沒有肽鍵組成的氨基酸序列，穩(wěn)定一級結構的作用力為肽鍵，肽鍵雖為單鍵但具有雙鍵的特性，且周圍的六個原子是在同一個平面上，而

55、前后二個氨基酸的a-Carbon是在對角，此平面不能扭曲，又因為R-group的關系，角度不可能改變太大。所以肽鍵非常穩(wěn)定，屬于強的相互作用，不管小分子還是量子點都不會影響到蛋白質(zhì)的一級結構。而蛋白的四級結構是多個三級結構分子的聚合，以一種由不同多肽肽鏈(亞基)間相互作用形成具有功能的復合物分子的形態(tài)存在，而平時所指的蛋白質(zhì)分子就是指三級結構，因此量子點與蛋白質(zhì)相互作用為分子間相互作用，所以目前沒有量子點對蛋白質(zhì)四級結構影響的研究很少 。通過研究表明量子點主要影響蛋白質(zhì)的二級結構和三級結構3。蛋白質(zhì)的二級結構具有構形，依靠不同氨基酸之間的C=O和N-H基團間的氫鍵形成的穩(wěn)定結構，主要為-螺旋(

56、-helix)與一折疊(-sheet )兩種，這些結構上的R一基間可形成氫鍵或其它各種鍵結，組合成一些獨立折疊的單元是最終構形的基礎單位。一螺旋特性是右手螺旋，每3.6個氨基酸繞一圈，每圈5.4高，C=O與下游H一N生成氫鍵而每個氫鍵以13個原子夾著，且整個-螺旋呈圓筒狀，且有偶極性。一鏈特性為數(shù)條氨基酸鏈平行排列，并以氫鍵側(cè)向連接，氨基酸鏈可為同向(parallel)或反向排列，如果整片-sheet呈板狀或盾形除此之外，還存在相對較少的一轉(zhuǎn)角(一tum)和無序結構(Random )，而穩(wěn)定二級結構的力量為氫鍵3。愛梅，閏煒等(愛梅等，2008)研究了CdTe/CdS量子點一蛋白質(zhì)與頭孢曲松鈉

57、的相互作用。頭孢曲松鈉對量子點一BSA的熒光有明顯猝滅作用，熒光猝滅程度與其濃度有良好的線性關系。實驗結果表明為靜態(tài)猝滅，頭孢曲松鈉與BSA按1:1結合，結合常數(shù)為6.31L/mol。用圓二色光譜技術探討了其對BSA構象的影響。結果表明:量子點與BSA是共價偶聯(lián)，量子點相對于頭孢曲松鈉對BSA二級結構影響較小，在有量子點的存在下，BSA的-螺旋從38.9%減少為36.5%，而量子點一折疊從3I.0%增加到35.8%，說明CdTe/CdS量子點對BSA的二級結構還是有所影響，但是影響很小3。圖4-1穩(wěn)定蛋白質(zhì)三級結構的作用力(疏水作用力、氫鍵、離子鍵、雙硫鍵)如圖4-1所示，三級結構的蛋白質(zhì)具有

58、活性，通過多個二級結構元素在三維空間的排列所形成的一個蛋白質(zhì)分子的三維結構，是單個蛋白質(zhì)分子的整體形狀。蛋白質(zhì)的三級結構大都有一個疏水核心來穩(wěn)定結構，同時具有穩(wěn)定作用的還有鹽橋、氫鍵和二硫鍵等。而組成三級結構的組成力量，為氫鍵、離子鍵、疏水鍵、雙硫鍵。其中氫鍵多由氨基酸的基團所貢獻，蛋白質(zhì)上的金屬離子通常都可穩(wěn)定分子構形，疏水性氨基酸多深埋在水溶性蛋白質(zhì)的核心，各級組成力量中只有雙硫鍵與多肽鍵是共價鍵。本課題組(Han et al., 2006 )用紫外一可見光譜研究了CdTe與BSA的相互作用。發(fā)現(xiàn)加入BSA后CdSe的吸附強度顯著降低，表明CdTe與BSA形成了復合物，結合比為1: 1，結

59、合常數(shù)為9.7L/mol.兩者之間疏水相互作用為形成復合物的主要作用力，即CdTe主要影響了BSA的三級結構。蛋白質(zhì)是一個生物體系的動力和納米機器。在蛋白質(zhì)實現(xiàn)它的生物功能之前，它們會把自己裝配起來，或者說是折疊;雖然蛋白質(zhì)折疊是對所有的生物體系來說最重要的和最基本的過程，但這個過程對人類而言仍然是個未解之謎。此外，當?shù)鞍踪|(zhì)沒有正確的折疊(折疊錯誤)會導致嚴重的后果，包括許多知名的疾病，比方阿茲海默癥(Alzheimers )，瘋牛病(MadCow, BSE )，可傳播性海綿狀腦病(CJD ) ,肌萎縮性脊髓側(cè)索硬化癥(ALS)，帕金森氏癥(Parkinsons )，和其它多種癌癥與其相關得綜

60、合病癥。研究量子點對蛋白質(zhì)折疊的影響意義極為重大(邵力文，2008) 3。4.2量子點與蛋白質(zhì)的靜電相互作用 除了量子點對BSA結構的影響受到關注以外，關于蛋白質(zhì)在量子點表面的存在形式也是兩者相互研究中的重要課題，由于量子點為納米尺寸圍，比表面積大，容易吸附溶液中的其他物質(zhì)。而蛋白質(zhì)本身也具有吸附特性，在加上量子點的表面電荷如果與蛋白質(zhì)的表面電荷相反，很容易發(fā)生靜電吸附作用3。易課題組(Xiao et al., 2008)用多種光譜技術研究了人血清白蛋白吸附到CdTe/ZnS量子點上的確證、熱力學與動力學。結果表明量子點與人血清白蛋白形成了復合物，靜電相互作用為穩(wěn)定復合物存在的主要因素。量子點