一种温度响应性聚合物接枝金纳米粒子复合量子点荧光探针及其制备方法和应用转让专利
申请号 : CN202110132722.2
文献号 : CN112920421B
文献日 : 2022-03-29
发明人 : 朱锦涛 , 孙烨 , 熊必金
申请人 : 华中科技大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种温度响应性聚合物接枝金纳米粒子复合量子点荧光探针的制备方法,其特征在于,所述荧光探针为应用于测量温度的Au@SiO2@PNIPAM‑QDs荧光探针,其制备方法包括如下步骤:
(1)在金纳米粒子表面生长二氧化硅壳层,形成Au@SiO2;
(2)将异丙基丙烯酰胺单体、丙烯酸、过硫酸铵和Au@SiO2混合,在SiO2表面发生聚合反应而使SiO2表面包覆异丙基丙烯酰胺单体,得到Au@SiO2@PNIPAM微球;
(3)将Au@SiO2@PNIPAM微球置于EDC水溶液后加入氨基修饰的量子点,发生酰胺化反应,使得量子点成功连在Au@SiO2@PNIPAM微球表面,形成Au@SiO2@PNIPAM‑QDs荧光探针。
2.如权利要求1所述的量子点荧光探针的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)包括:将金纳米粒子、正硅酸乙酯、氢氧化钠和乙醇溶液混合,在29℃‑32℃反应22h‑26h,使得金纳米粒子表面生长二氧化硅壳层,形成Au@SiO2。
3.如权利要求2所述的量子点荧光探针的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)还包括:通过加入不同含量的正硅酸乙酯,使得金纳米粒子表面生长不同厚度的二氧化硅壳层。
4.如权利要求1‑3任一所述的量子点荧光探针的制备方法,其特征在于,所述金纳米粒子的制备包括:
在氯金酸中加入水、柠檬酸钠和硼氢化钠形成种子液,在氯金酸中加入水、十六烷基三甲基溴化铵和抗坏血酸形成生长液,将种子液加入生长液中制备金纳米粒子。
5.如权利要求1‑3任一所述的量子点荧光探针的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)还包括:
在Au@SiO2中加入硅烷偶联剂,充分反应,得到表面含有双键的Au@SiO2。
6.如权利要求1‑3任一所述的量子点荧光探针的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中混合后的反应温度为70℃‑80℃,反应时间为5h‑8h。
7.如权利要求1‑3任一所述的量子点荧光探针的制备方法,其特征在于,所述金纳米粒子的粒径为1nm‑100nm。
8.如权利要求1‑3任一所述的量子点荧光探针的制备方法,其特征在于,所述二氧化硅壳层的厚度为2nm‑50nm。
9.一种温度响应性聚合物接枝金纳米粒子复合量子点荧光探针,其特征在于,所述量子点荧光探针由权利要求1‑8任一所述的量子点荧光探针的制备方法制备得到。
说明书 :
一种温度响应性聚合物接枝金纳米粒子复合量子点荧光探针
及其制备方法和应用
技术领域
背景技术
量子点与单体共同发生自由基聚合时,自由基分子极易猝灭量子点的荧光,因而水溶性量
子点很少应用于温度荧光探针的制备。
发明内容
制备难度较大以及检测不灵敏的技术问题。
球;
PNIPAM微球表面,常温反应6‑10小时,形成Au@SiO2@PNIPAM‑QDs荧光探针。
表面生长二氧化硅壳层,形成Au@SiO2。
氢化钠的体积比为:5∶190∶5∶6,氯金酸的浓度为10mmol/l,柠檬酸钠的浓度为2.94mg/ml,
硼氢化钠的浓度为3.783mg/ml,氯金酸、水、十六烷基三甲基溴化铵和抗坏血酸的体积比
为:6∶114∶96∶1.6,氯金酸的浓度为10mmol/1,十六烷基三甲基溴化铵的浓度为0.2mol/1,
抗坏血酸的浓度为17.6mg/ml,将种子液加入生长液中制备金纳米粒子。
所述硅烷偶联剂为:3‑(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷。
反应时还加入超纯水,超纯水的质量为Au@SiO2的质量的1000倍。
得到,所述量子点荧光探针应用于测量温度。
将量子点连在表面,由于酰胺化反应较为温和因此对量子点的荧光并不会产生明显影响。
N‑异丙基丙烯酰胺(NIPAM)作为一种温敏型单体,能对温度的改变做出相态变化响应,形成
聚合物后由大分子主链、疏水基团和亲水基团三部分组成。随着温度的升高,在二氧化硅表
面聚合的PNIPAM的分子链会逐渐收缩,使得量子点和金纳米粒子的间距缩小,金纳米粒子
对量子点荧光的猝灭效应增加,量子点的荧光减弱非常明显,从而达到灵敏度检测温度变
化的目的。本发明制备的荧光探针具有敏感的温度响应性,可应用于测量温度。
2.局部场增强(LFE)引起荧光增强。当距离较近时,NRET起主导作用,引起荧光猝灭;随着距
离增大,NRET现象逐渐减弱,LFE起主导作用,引起荧光增强;距离再增大时,NRET和LFE效应
都减弱。所以,荧光的强弱与调控距离有很大关系。本发明采用种子生长法制备金纳米粒子
反应条件温度相对于水热法来说反应条件温和,制备过程中采用的是CTAB配体,所得的纳
米粒子比较稳定,粒径分布均一性较好。采用stober法在金纳米粒子表面包覆二氧化硅壳
层,由于stober法长硅的体系已较为完备,所制得的纳米粒子的形貌均一性较好。通过加入
不同量的TEOS可以得到不同的二氧化硅壳层厚度,使得金纳米粒子和量子点之间的距离不
同,而金纳米粒子对量子点的表面电子体作用与距离密切相关,从而得到不同荧光猝灭程
度的量子点。
饰的量子点发生酰胺化反应,使得量子点可以成功连在Au@SiO2@PNIPAM微球表面。同时,自
由基反应操作简单。本发明通过在二氧化硅壳层表面引入双键使得NIPAM可以在其表面发
生聚合。
附图说明
具体实施方式
不用于限定本发明。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要
彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
球;
PNIPAM微球表面,常温反应6‑10小时,形成Au@SiO2@PNIPAM‑QDs荧光探针。
表面生长二氧化硅壳层,形成Au@SiO2。
氢化钠的体积比为:5∶190∶5∶6,氯金酸的浓度为10mmol/1,柠檬酸钠的浓度为2.94mg/ml,
硼氢化钠的浓度为3.783mg/ml,氯金酸、水、十六烷基三甲基溴化铵和抗坏血酸的体积比
为:6∶114∶96∶1.6,氯金酸的浓度为10mmol/1,十六烷基三甲基溴化铵的浓度为0.2mol/l,
抗坏血酸的浓度为17.6mg/ml,将种子液加入生长液中制备金纳米粒子。
反应时还加入超纯水,超纯水的质量为Au@SiO2的质量的1000倍。
然后静置3小时得到种子溶液。称取6.99744gCTAB置于250ml锥形瓶中,并加入210ml超纯
水,30℃下磁力搅拌至溶解,然后加入6ml HAuCl4水溶液,1.6ml 17.6mg/ml抗坏血酸水溶
液,再加入上述种子溶液,搅拌1小时,静置12小时。取32ml合成的金纳米粒子的水溶液,
15000rpm离心30分钟,移除上清液后,加入16.67ml超纯水,再加入167μl 0.1mol/ml氢氧化
钠水溶液,30℃下磁力搅拌20分钟,配置三份正硅酸四乙酯的乙醇溶液,其中正硅酸四乙酯
5μl,乙醇995μl,每一小时加入一份,三份加完后反应24小时,11000rpm离心20分钟,水洗两
次,乙醇洗两次,将得到的Au@SiO2分散在乙醇中。向得到的Au@SiO2溶液中加入2μl硅烷偶联
剂,30℃下磁力搅拌5小时,11000rpm离心20分钟,乙醇洗两次,水洗两次,得到表面含有双
键的Au@SiO2。称取45mg异丙基丙烯酰胺,4.5mg丙烯酸,15mg过硫酸铵,3ml超纯水,将上一
步得到的表面含有双键的Au@SiO2加入其中,80℃下磁力搅拌5小时,冷却至室温后离心,得
到表面含有羧基的Au@SiO2@PNIPAM微结构。将该产物分散于水溶液中,并加入200μ1 20mg/
ml 1‑(3‑二甲氨基丙基)‑3‑乙基碳二亚胺盐酸盐水溶液,然后加入氨基修饰的量子点,室
温搅拌6小时后,11000rpm离心20分钟,水洗3次后得到Au@SiO2@PNIPAM‑QDs结构。
然后静置3小时得到种子液。称取6.99744gCTAB置于250ml锥形瓶中,并加入210ml超纯水,
30℃下磁力搅拌至溶解,然后加入6ml HAuCl4水溶液,1.6ml 17.6mg/ml抗坏血酸水溶液,
再加入上述种子溶液,搅拌1小时,静置12小时。取32ml合成的金纳米粒子的水溶液,
15000rpm离心30分钟,移除上清液后,取32ml合成的金纳米粒子的水溶液,15000rpm离心30
分钟,移除上清液后,加入16.67ml超纯水,再加入167μl 0.1mol/ml氢氧化钠水溶液,30℃
下磁力搅拌20分钟,配置三份正硅酸四乙酯的乙醇溶液,其中正硅酸四乙酯10μl,乙醇990μ
l,每一小时加入一份,三份加完后反应24小时,11000rpm离心20分钟,水洗两次,乙醇洗两
次,将得到的Au@SiO2分散在乙醇中。向得到的Au@SiO2溶液中加入2μl硅烷偶联剂,30℃下磁
力搅拌5小时,11000rpm离心20分钟,乙醇洗两次,水洗两次,得到表面含有双键的Au@SiO2。
称取45mg异丙基丙烯酰胺,4.5mg丙烯酸,15mg过硫酸铵,3ml超纯水,将上一步得到的表面
含有双键的Au@SiO2加入其中,70℃下磁力搅拌8小时,冷却至室温后离心,得到表面含有羧
基的Au@SiO2@PNIPAM微结构。将该产物分散于水溶液中,并加入200μl 20mg/ml 1‑(3‑二甲
氨基丙基)‑3‑乙基碳二亚胺盐酸盐水溶液,然后加入氨基修饰的量子点,室温搅拌6小时
后,11000rpm离心20分钟,水洗3次后得到Au@SiO2@PNIPAM‑QDs结构。
然后静置3小时得到种子液。称取6.99744gCTAB置于250ml锥形瓶中,并加入210ml超纯水,
30℃下磁力搅拌至溶解,然后加入6ml HAuCl4水溶液,1.6ml 17.6mg/ml抗坏血酸水溶液,
再加入上述种子溶液,搅拌1小时,静置12小时。取32ml合成的金纳米粒子的水溶液,
15000rpm离心30分钟,移除上清液后,加入16.67ml超纯水,再加入167μl 0.1mol/ml氢氧化
钠水溶液,29℃下磁力搅拌20分钟,配置三份正硅酸四乙酯的乙醇溶液,其中正硅酸四乙酯
15μl,乙醇985μl,每一小时加入一份,三份加完后反应26小时,11000rpm离心20分钟,水洗
两次,乙醇洗两次,将得到的Au@SiO2分散在乙醇中。向得到的Au@SiO2溶液中加入2μl硅烷偶
联剂,30℃下磁力搅拌5小时,11000rpm离心20分钟,乙醇洗两次,水洗两次,得到表面含有
双键的Au@SiO2。称取45mg异丙基丙烯酰胺,4.5mg丙烯酸,15mg过硫酸铵,3ml超纯水,将上
一步得到的表面含有双键的Au@SiO2加入其中,80℃下磁力搅拌5小时,冷却至室温后离心,
得到表面含有羧基的Au@SiO2@PNIPAM微结构。将该产物分散于水溶液中,并加入200μl
20mg/ml 1‑(3‑二甲氨基丙基)‑3‑乙基碳二亚胺盐酸盐水溶液,然后加入氨基修饰的量子
点,室温搅拌6小时后,11000rpm离心20分钟,水洗3次后得到Au@SiO2@PNIPAM‑QDs结构。
然后静置3小时得到种子液。称取6.99744g CTAB置于250ml锥形瓶中,并加入210ml超纯水,
30℃下磁力搅拌至溶解,然后加入6ml HAuCl4水溶液,1.6ml 17.6mg/ml抗坏血酸水溶液,
再加入上述种子溶液,搅拌1小时,静置12小时。取32ml合成的金纳米粒子的水溶液,
15000rpm离心30分钟,移除上清液后,加入16.67ml超纯水,再加入167μl 0.1mol/ml氢氧化
钠水溶液,30℃下磁力搅拌20分钟,配置三份正硅酸四乙酯的乙醇溶液,其中正硅酸四乙酯
20μl,乙醇980μl,每一小时加入一份,三份加完后反应24小时,11000rpm离心20分钟,水洗
两次,乙醇洗两次,将得到的Au@SiO2分散在乙醇中。向得到的Au@SiO2溶液中加入2μl硅烷偶
联剂,30℃下磁力搅拌5小时,11000rpm离心20分钟,乙醇洗两次,水洗两次,得到表面含有
双键的Au@SiO2。称取45mg异丙基丙烯酰胺,4.5mg丙烯酸,15mg过硫酸铵,3ml超纯水,将上
一步得到的表面含有双键的Au@SiO2加入其中,80℃下磁力搅拌5小时,冷却至室温后离心,
得到表面含有羧基的Au@SiO2@PNIPAM微结构。将该产物分散于水溶液中,并加入200μl
20mg/ml 1‑(3‑二甲氨基丙基)‑3‑乙基碳二亚胺盐酸盐水溶液,然后加入氨基修饰的量子
点,室温搅拌8小时后,11000rpm离心20分钟,水洗3次后得到Au@SiO2@PNIPAM‑QDs结构。
然后静置3小时得到种子液。称取6.99744gCTAB置于250ml锥形瓶中,并加入210ml超纯水,
30℃下磁力搅拌至溶解,然后加入6ml HAuCl4水溶液,1.6ml 17.6mg/ml抗坏血酸水溶液,
再加入上述种子溶液,搅拌1小时,静置12小时。取32ml合成的金纳米粒子的水溶液,
15000rpm离心30分钟,移除上清液后,加入16.67ml超纯水,再加入167μl 0.1mol/ml氢氧化
钠水溶液,32℃下磁力搅拌20分钟,配置三份正硅酸四乙酯的乙醇溶液,其中正硅酸四乙酯
25μl,乙醇975μl,每一小时加入一份,三份加完后反应22小时,11000rpm离心20分钟,水洗
两次,乙醇洗两次,将得到的Au@SiO2分散在乙醇中。向得到的Au@SiO2溶液中加入2μl硅烷偶
联剂,30℃下磁力搅拌5小时,11000rpm离心20分钟,乙醇洗两次,水洗两次,得到表面含有
双键的Au@SiO2。称取45mg异丙基丙烯酰胺,4.5mg丙烯酸,15mg过硫酸铵,3ml超纯水,将上
一步得到的表面含有双键的Au@SiO2加入其中,75℃下磁力搅拌6小时,冷却至室温后离心,
得到表面含有羧基的Au@SiO2@PNIPAM微结构。将该产物分散于水溶液中,并加入200μ
l20mg/ml 1‑(3‑二甲氨基丙基)‑3‑乙基碳二亚胺盐酸盐水溶液,然后加入氨基修饰的量子
点,室温搅拌10小时后,11000rpm离心20分钟,水洗3次后得到Au@SiO2@PNIPAM‑QDs结构。
论一致。
得量子点与金的距离接近,猝灭增强。
在本发明的保护范围之内。