[发明专利]基于亲和组装的高发光量子点荧光微球的制备方法

说明书

本发明提供了一种量子点荧光微球的制备方法，本发明方法首先在有机相中利用金属‑配基亲和作用制备了高负载的二氧化硅/量子点组装体；以正辛基三甲氧基硅烷/甲醇/氨水为水解体系，实现了该疏水组装体的硅烷化修饰，并确保修饰过程中二氧化硅载体对量子点的高负载量，通过有机硅烷水解缩合、生长过程制备了性质稳定、高发光的二氧化硅/量子点/二氧化硅复合结构荧光微球；本发明制备的量子点荧光微球颗粒单分散性好、尺寸可控、量子点负载量高且具有较高量子产率，可用于纳米诊断分析与成像探针。

(一)技术领域

本发明涉及一种基于油溶性量子点以及二氧化硅亲和模板的复合荧光微球的制备方法，该方法制得的荧光微球粒径均一、尺寸可控、发光强度高并且性能稳定。

(二)背景技术

量子点具备高发光强度、波长可调谐性、抗光漂白以及一元激发多元发射等特性，近年来成为生物医学领域普遍关注的热点。具有高发光性能以及单分散性(色纯度高)的量子点一般通过高温热分解法合成。该类量子点表面被一层有机配体分子所包裹，在其应用于生物体系之前，水溶性修饰是不可避免的。现有的油溶性量子点的水溶性修饰策略主要包括配体替换、两亲性分子包裹以及二氧化硅修饰等等。其中配体替换是开发最早的修饰方法，简单易行，但量子点的荧光性能损失严重，且胶体及光化学稳定性都比较差；采用两亲性分子修饰可以保留量子点的疏水配体，进而保持其发光性能及稳定性，但聚合物的合成费用高昂、过程复杂，量子点产物难于分离纯化。

将量子点与纳米载体进行组装不仅可有效改善量子点的生物相容性，还可将单一量子点的荧光信号进行有效放大，并能通过统计效应来抑制单一量子点的闪烁现象。利用纳米、微米尺度的量子点荧光微球建立起来的分析方法：例如基于荧光编码技术的多元分析、细胞内多目标的同时可视化检测、超灵敏荧光标记检测及荧光成像等，为生物光学传感研究带来了新的机遇。向荧光微球中引入其他功能材料例如贵金属、磁性纳米粒子等，可构建用于医学多模态成像及诊断-治疗一体化研究的功能复合材料。

现有技术的主要缺点：以聚苯乙烯微球为模板的技术方案，主要将微球溶胀后通过疏水相互作用来负载量子点，导致量子点容易发生泄漏，且聚苯乙烯存在亲水性差以及光学透明度低等缺陷；以二氧化硅微球为模板的技术方案，主要利用共价偶联或静电吸附的方式将量子点组装于载体表面，例如以碳二亚胺活化水溶性量子点的羧基后，与氨基改性的二氧化硅微球形成酰胺键；或在特定pH值下，将羧基化量子点与氨基化二氧化硅微球静电吸附合成荧光微球。在以上技术中，需要对油溶性量子点进行相转移以及羧基化修饰，可能导致量子点团聚或荧光猝灭；同时，在水相体系中实现组装，将受量子点之间静电排斥作用影响，导致组装效率低。

决定量子点荧光微球最终亮度的因素主要有两个：一、量子点固有的发光强度(量子产率)；二、量子点在纳米载体上的组装效率。一般来讲，通过有机相高温热分解法制备的量子点具备高发光、荧光光谱窄以及稳定性优良等特性，这些性质对于光学传感应用都极为重要。另一方面，利用配体与金属之间的亲和作用(配位作用)将疏水纳米粒子直接固定到载体表面是一种高效的组装方法。可以避免水相组装中由静电排斥导致的颗粒包覆密度低，以及共价偶联过程对量子点表面的破坏等问题。

二氧化硅具有较高的光学透明度、易于合成及尺寸控制，并可以进行多种表面硅烷化改性，因此是一种优良的纳米载体。将带有金属亲和性表面(如硫醇修饰)的二氧化硅载体与油溶性量子点在有机相中直接组装具备几大优势：组装效率高、避免了繁琐的量子点相转移等前处理并且有利于量子产率的保持。在获得了高发光以及高负载的二氧化硅/量子点微球之后，需对疏水组装体进行水溶性修饰，才能满足生物应用需求。在微球表面包覆另一层二氧化硅能有效改善其水溶性及稳定性并有利于生物功能化，同时保留量子点表面的疏水配体是二氧化硅修饰过程中决定其发光性能的关键。对于量子点组装体而言，仍需探索保持量子点发光效率的有效硅烷化方法，以保证荧光微球的性能。

(三)发明内容