但是制备得到的量子点的荧光量子效率会降低，且由于过程比较繁琐，产率也较低，较大的尺寸限制了其在细胞中的些应用。年，等人利用种硅烷化的表面活性剂分子将多个量子点同时包进同壳层，形成胶囊，制备了可与生物分子偶联的直径为的纳米粒子。与单个量子点相比，其发光强度和稳定性都有所增强。年，等人利用反相微乳液方法，对水相制备得到的单纯量子点进行了包覆，并在之后的研究中，通过控制量子点在氨性溶液中的孵化时间，将的荧光量子效率提升至，。等人亦使用这种方法将发射波长为的多个量子点，利用进行封装后，与反抗体相连，对前列腺癌细胞实现了标记成像，实验表明，该材料不仅具有很高的化学稳定性，而且不会对生物细胞活性有任何影响。两亲性聚合物包覆利用两亲性聚合物修饰可以很好地保持量子点原有的荧光性能，同时可以提高其稳定性。年，等人将端氨基烷基分子与混合，构建了和四种两亲性聚合物，分别对有机相制备的和量子点进行表面修饰，并探讨了聚合物与量子点分子比率大小对所得产物的尺寸转移效率和生物相容性的影响，得到了组最优比值，这对以后的研究工作具有很好的指导作用。年，等人利用十八胺修饰的聚丙烯酸对表面包覆有万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第章绪论巯基丙酸的量子点进行修饰，得到的量子点不仅荧光量子效率比修饰前提高了，而且具有更强的光稳定性。量子点的生物功能化量子点若要实现在生物医学领域的广泛应用，需要将其与特定的生物分子进行偶联，以具备定的生物特异性和相容性。这过程，被称之为量子点的生物功能化。常用的方法主要有以下几种共价偶联二甲氨基丙基乙基碳二亚胺盐酸盐是种常用的偶联试剂，蛋白质上含有的氨基可以通过与表面覆有羧基的量子点产生偶联图。等人将量子点与巯基乙酸络合，巯基可与原子相连，羧基则可以与蛋白质多肽核酸衍生物等生物分子上的氨基发生共价偶联，实验中他们将量子点与转铁蛋白连接，通过细胞内吞作用进入细胞中，对其进行了标记。这种方法的优点在于不需要对蛋白质进行化学修饰，保持了它们原本的结构，但是却很难控制所连蛋白质的定位，容易造成连接部位靠近配体的活性位点，从而导致配体丧失生物功能。另种共价偶联常用到的试剂是丁二酰亚胺基马来酰亚胺基环己烷羧化酯。生物分子中很少具有自由的巯基基团，常需要对其进行处理后，通过与表面带有氨基的量子点连接图。这个过程能够很好地控制配体的结合位点，得到稳定的偶联产物，但是对于蛋白质的化学处理往往会降低其生物活性，致使所得产物的灵敏性和特异性下降。配位作用生物分子可以通过配位作用直接与量子点表面的金属原子连接。硫醇化的或包含多聚组氨酸的生物分子与表面包覆有不稳定小型配体的量子点直接混合后，量子点表面的不稳定配体就会被生物分子替换图。目前多用的是将包含有六聚组氨酸的生物分子和表面连接有镍次氮基三乙酸金属螯合物的量子点混合，通过配位作用使量子点能够定点连接到目标分子上。等人将六聚组氨酸和谷胱甘肽转移酶连接，然后与包覆有的量子点混合，量子点与定点连接后具有很强的荧光性质，可作为荧光探针应用于生物检测。年，小组通过简单的浓缩将与量子点连接，与五聚组氨酸连接的标记有德克萨斯红的麦芽糖结合蛋白发生配位作用，得到，通过显微注射进入活细胞的细胞质内，可以观察到它们能够稳定存在，并表现出荧光共振能量转移的现象。该方法虽然较为简单，但因为量子点的表面配体不稳定，常会导致量子点万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第章绪论光学性质变差，而且在水相中的连接过程极不稳定，限制了它的应用。基于静电作用的连接量子点经过表面修饰后，通常带有负电荷，可以通过静电作用力与带有正电的生物分子相连接图。年，等人将表面包覆有二氢硫辛酸，带有负电荷的量子点与带有正电荷的亮氨酸拉链端基的二组分重组蛋白进行连接。在静电作用下得到的量子点蛋白质结合物不仅具有比较高的荧光量子效率，而且粒子之间几乎不会发生聚合现象，生物活性也很好。这种连接方式也有望在其他族和族的半导体材料和不同的重组蛋白质间进行，从而使其在生物方面的应用得到更大的拓展。生物分子辅助连接利用酶氨基酸等生物分子，对量子点表面进行功能化，也是种新颖有效的方法。年，等人研究出种生物分子辅助连接的新途径，他们将细胞表面蛋白质与氨基酸受体肽融合，通过大肠杆菌生物素连接酶三磷酸腺苷和生物素的混合物或者腺嘌呤核糖核苷酸和的混合物进行生物素化，然后与表面修饰有抗生蛋白链菌素的量子点连接，可实现对活的细胞的快速特异性标记。年课题组以作为“桥梁”在量子点表面组装蛋白质，并将这样构建的量子点链霉亲和素纳米复合探针用于微流控蛋白质芯片，对肿瘤标志物进行检测图。这种新型的组装方法温和可控，得到的复合生物探针非常稳定，检测灵敏度很高。图量子点进行生物功能化的四种方式和表面修饰的基本过程。万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第章绪论图左桥联与连接纳米探针示意图右纳米探针作为信号探针用于蛋白质微流控芯片，检测肿瘤标志物。量子点在生物医学领域的应用年，等人在上报道了利用包覆的量子点作为荧光探针，对小鼠的成纤维细胞进行双色标记的研究成果。与此同时，等人将表面修饰有蛋白的量子点应用于细胞的标记成像。这开创性的工作，为量子点在生物领域的应用开启了大门，在这之后，有关量子点对生物组织或活体进行标记成像检测，甚至治疗的研究不断涌现出来。量子点在生物标记成像方面的应用量子点具有众多优异的光学性质和丰富的色彩，通过表面修饰和生物功能化后，制备得到的生物荧光探针，不仅具备很高的荧光强度和稳定性，而且也可以实现对生物体组织的特异性标记和成像。研究之初，量子点在生物标记方面的应用多局限于细胞等组织的体外实验，年等人将量子点修饰上具有靶向性的羊抗鼠和链酶亲和素，标记了乳腺癌细胞表面的标记物分子，如图所示，对细胞质中的肌动蛋白丝和微管纤维进行了染色，并深入细胞核内检测抗原，将量子点的分子靶向标记提升到亚细胞的水平。美国量子点公司的研究者，分别用五种不同荧光颜色的量子点对人体上皮细胞的细胞核蛋白质线粒体微管和肌动蛋白丝进行了同时标记，实现了同细胞，同时间的多色成像。随着研究的不断深入，量子点在活体成像领域的应用也展现出良好的前景。年课题组将量子点用磷脂嵌段共聚物囊泡包裹后，注入非洲爪蟾的单个早期胚胎中，通过量子点的定位荧光成像，观察胚胎发育的过程。等人，用对量子点进行包裹后，与或连接，实现了对小鼠心脏肺肾脏等器官的标记万方数据单位代码密级硕士学位论文论文题目厚壁型核壳量子点的可控水相制备及其细胞标记应用薛冰汪联辉教授光学纳米生物与信息传感理学硕士二零四年五月学号姓名导师学科专业研究方向申请学位类别论文提交日期万方数据万方数据南京邮电大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人学位论文及涉及相关资料若有不实，愿意承担切相关的法律责任。南京邮电大学学位论文使用授权声明本人授权南京邮电大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档允许论文被查阅和借阅可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索可以采用影印缩印或扫描等复制手段保存汇编本学位论文。本文电子文档的内容和纸质论文的内容相致。论文的公布包括刊登授权南京邮电大学研究生院办理。涉密学位论文在解密后适用本授权书。研究生签名日期研究生签名导师签名日期万方数据摘要本论文发展了基于微波加热的“锅法”核壳型量子点的水相可控制备方法，不仅可以通过反应条件的改变，准确地合成具有不同壳层厚度的量子点，而且可以在极短的时间内实现厚壁型核壳量子点壳层厚度大于层的制备利用发射波长处于近红外区域的量子点作为荧光探针，通过具有细胞表面识别能力的生物分子进行功能化后，实现了人体肺腺癌细胞的近红外荧光标记成像。另外，通过“表面离子层吸附反应”方法制备了系列波长可控的核壳型量子点。具体研究成果如下通过利用微波辅助水相合成方法，发展了壳层厚度可控的核壳型量子点的“锅法”制备技术，尤其是实现了厚壁型核壳量子点的快速可控制备。已有的文献报道中，厚壁型的核壳量子点通常在有机相中进行制备，存在着诸多的弊端，例如反应条件苛刻反应时间很长十几小时和产物不可控等。本文中我们采用了微波加热技术制备不同壳层厚度的核壳型量子点，通过控制微波加热的温度和时间，仅在内便可以快速制备壳层厚度在层的核壳型量子点，同时实现了对量子点的生长尺寸和形貌结构的精确控制。实验中探究了多种反应条件对量子点生长机制和荧光性能的影响，运用紫外可见吸收光谱荧光光谱瞬态稳态荧光光谱对产物的光学性能进行了表征，利用透射电子显微镜高分辨透射电子显微镜射线光电子能谱射线粉末衍射对产物的形貌结构和成分进行了分析。实验结果显示，微波加热“锅法”制备技术不仅对于量子点生长具有良好的可控性，而且制备的量子点具有系列优异的性能，如尺寸均分散性好发射光谱在可见光至近红外光区内连续可调荧光量子效率高可达光稳定性高等。实验采用的微波水相合成方法，不仅可以快速可控制备得到多层的核壳量子点，而且能够实现此类材料的大规模工业化合成。基于微波“锅法”制备的发光在近红外区域的核壳型量子点，利用二甲氨基丙基乙基碳二亚胺盐酸盐将其与环肽相连，得到探针，对人体肺腺癌细胞的细胞膜和细胞质进行了近红外成像另外，通过相同的方法，用核酸适体对量子点进行生物功能化，获得探针，实现了对细胞膜的特异性标记，在近红外光区清晰勾勒出细胞的轮廓。使用近红外波长的量子点进行荧光标记可以有效避免生物体组织对光的自吸收，有利于实现细胞的高灵敏度检测。实验结果表明，生物荧光探针相较与，具有更万方数据好的标记成像效果。利用“水热法”，结合“表面离子层吸附反应”方法，成功克服了核壳两种材料间晶格失配度较大的难题，合成出具有高应力的核壳量子点。通过表征与分析发现，产物形貌均，在可见光区具有良好的荧光性能和分散性。同时，由于使用了作为壳层材料，可能利于降低该量子点的毒性，有望在生物成像等领域获得