水溶性CdTe量子点的制备、荧光特性分析及其对蛋白质标记的初步研究

1、2013年度本科生毕业论文（设计）水溶性cdte量子点的制备、荧光特 性分析及其对蛋白质标记的初步研究 院 系： 理学院 物理系 专 业： 物理学专业 年 级： 2009级 学生姓名： 张清俊 学 号： 200902050126 导师及职称： 张宏伟（副教授） 2013年5月2013annual graduation thesis (project) of the college undergraduate the 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.:200902050126tutor: associate professor hongwei zhang may 2013 毕业论文（设计）原创性声明本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本论文（设计）的研究做出重要

3、贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名： 日期： 毕业论文（设计）授权使用说明本论文（设计）作者完全了解红河学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，学校有权保留论文（设计）并向相关部门送交论文（设计）的电子版和纸质版。有权将论文（设计）用于非赢利目的的少量复制并允许论文（设计）进入学校图书馆被查阅。学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容。保密的论文（设计）在解密后适用本规定。 作者签名： 指导教师签名：日期： 日期： 毕业论文（设计）答辩委员会(答辩小组)成员名单姓名职称单位备注闵琦教授红河学院主席（组长）王世恩教授红河学院王小兵教授红河学院丁志美实验师红河学院 摘

4、要-族量子点(quantum dots)由于其独特的光学性质和在生物成像和荧光标记等方面的良好应用前景而受到广泛的关注，水溶性cdte量子点具有特殊优良的可见光区发射性质，且激发谱连续分布，荧光峰位置可随量子点的物理尺寸进行调控，在激发光照射下，不同粒径的量子点发射出颜色不同的荧光，并且荧光强度高，半峰宽窄、稳定性好 ，作为生物荧光探针，有着机染料不可比拟的优异性。在生物识别及其检测方面具有潜在的应用前景，是近十年来研究的一个热点。量子点虽然在生物应用中取得了有意义的进展，但是如何制备出性能优异、稳定性高、水溶性好的量子点，目前还在探索之中。本文以巯基乙酸(hschcooh，tga)为稳定剂，

5、nahte为前驱体水相合成水溶性cdte量子点，改变制备条件 (反应温度、反应时间、反应浓度比、ph值) ，生成不同粒径、荧光强弱不同的量子点，分析荧光光谱和紫外-可见吸收光光谱峰位红移或蓝移。由于量子点特有的尺寸效应，可以得出量子点的尺寸变化，从光谱图上看出每种合成条件下的量子点的荧光强弱，比较各种制备条件，寻找出最优化的水相合成量子点制备条件。用量子点对蛋白质的标记后，发现量子点对蛋白质的结构有影响，并且它们之间会形成相互静电作用，蛋白质对量子点表面有修饰和稳定作用，初步研究与蛋白质偶联前后的量子点荧光光谱，分析光谱差异的原因。 通过荧光光谱分析，得到了制备量子点的最佳控制条件，(1)反应

6、温度在100以下，温度越高，相同时间内量子点生长速度较快，荧光特性越明显图(3-4）可知90时荧光最强。（2)量子点随回流时间的增长峰位逐渐红移，荧光强度先增加后减小，0-8h时间内，图(3-3)6h时荧光效果最明显，随后又减弱。(3）ph过低，溶液中较大，影响巯基与镉离子的配位，随着ph值得增大，cd-te相互作用增强，ph=10.0时，量子点表面缺陷得到了很好的修饰，荧光效果最好。(4）在相同时间内，含te-浓度越高的，生长速度越快，粒径尺寸变化越大，荧光强度越明显，荧光发射峰位越宽，因此，一定条件下，改变前驱体的浓度，能够影响量子点的生长速度。关键词：制备；水溶性cdte量子点；荧光特性

7、；蛋白质；标记。abstractii-vi quantum 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 excell

8、ent, and excitation spectra 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, g

9、ood stability, as biological 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

10、, but how to prepare high 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 (r

11、eaction temperature, reaction 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 cha

12、nges can be obtained from 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

13、protein markers, found that 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, befor

14、e and after the analysis 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 gro

15、wth, fluorescence characteristics 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 obvio

16、us when 6 h, and then wane(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

17、concentration of te-, the 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 do

18、ts; fluorescence; protein; marking. 目录引言1第一章 绪论21. 1量子点概述21.1.1量子点21.1.2量子点的基本性质21.2光谱法研究生物蛋白质大分子相互作用的理论基础41.2.1紫外一可见吸收光谱法41.2.2荧光光谱法5第二章 水溶性cdte量子点的制备72.1实验试剂72.2 实验仪器72.3在不同合成条件下水相制备水溶性cdte量子点72.3.1二次蒸馏水的制备72.3.2前驱体反应液nahte的制备82.3.3cdte量子点的生成82.3.4改变合成条件制备不同的cdte量子点82.3.5实验过程中注意事项总结11第三章 cdte量子点的荧

19、光光谱和紫外-可见吸收光光谱分析123.1紫外灯照射下产生的荧光现象123.2不同反应时间对量子点荧光特性的影响133.3反应温度对量子点荧光特性的影响133.4溶液ph值对量子点荧光特性的影响143.5反应物离子比对量子点荧光特性的影响153.6量子点紫外-可见吸收光光谱和荧光光谱163.7量子点的粒径分析17第四章 cdte量子点对蛋白质标记的初步研究184.1量子点对蛋白质结构的影响184.2量子点与蛋白质的静电相互作用204.3蛋白质对量子点表面的修饰和稳定作用214.4量子点与蛋白质偶联前后荧光光谱分析21第五章 结论与展望23参考文献24致谢25引言纳米科学技术的基本涵义是在纳米尺

20、寸(1010m)范围内认识和改造自然，通过直接操作和组装原子、分子创造新的物质。它是诞生于20世纪80年代末并迅速崛起的一种新科技。纳米科技是二十一世纪科技产业革命的重要内容之一，是高度交叉的综合学科，包括物理学、化学、生物学、材料科学和电子学等。纳米粒子因具有自身的特性，使其在发光材料、光敏传感器等方面具有广阔的应用前景，近几年，在纳米粒子的合成和性质改造上取得的显著成果使得纳米粒子的荧光标记在生物学上的应用也开始崭露头角。在材料领域“纳米热”中，纳米半导体材料脱颖而出纳米半导体是低维半导体，包括零维材料(量子点)，量子点具有优良的光谱特征和光化学稳定性，其中研究较多的为(=、)1。量子点外

21、观类似点状物，结构对称，内部电子在各个方向上受到限制，因此量子限域效应特别显著，这种效应使得量子点具有独特的光、电、热和力学等性质。ii一vi型量子点的荧光特性比传统荧光染料具有明显的优越性;它是多电子体系，荧光效率远高于单个分子;量子点荧光发射波长可通过粒径大小加以调节，不同大小的量子点能被单一波长的光激发而发出不同颜色的荧光，可实现同时检测.ii一 vi型量子点的荧光可以持续很长时间而不褪色.因此在生物显像和分子生物探针以及dna分子标记与诊断方面具有广泛的应用。第一章 绪论1. 1量子点概述1.1.1量子点量子点(qds, quantum dots )，量子点是指半径小于或接近于激子玻尔

22、半径的半导体纳米晶粒，是一种零维的纳米材料，是指尺寸在纳米级的金属或半导体材料的细小颗粒，其尺寸范围在1-100 nm。它是ii -vi族或iii- v族元素组成的化合物，具有性质稳定、对生物染色效果好、毒性小等优点，能够接受激发光产生荧光，具有类似体相晶体的规整原子排布，目前研究最多的有表1-1这些量子点。 表1-1各种量子点族 量子点 ii-vimgsmgse mgte cas case cate srs srse srte bas base iii-v bate zns znse znte cds cdse cdte hgs hgse gaas ingaas inp量子点也可以作为一种非

23、常小的半导体材料器件，这种器件的结构和形状以及所包含的电子数目都是可以控制的，量子点可以有单个到数千个电子。由于量子点是介于体相材料与分子间的物质状态，并且它是由非金属到金属过渡的元素组成，因此在性质上展示出许多特殊的光、电、磁、催化等性质2。1 .1 .2量子点的基本性质量子点的量子效应是它特有的性质。当颗粒尺寸处于纳米量级时，尺寸限域将引起尺寸效应，如量子限域效应，表面效应，量子点的量子效应集中表现在以下几个方面:(1)量子尺寸效应当半导体纳米粒子尺寸与其激子波尔半径近似时，随着粒子尺寸的减小，半导体的有效带隙增加，其相应的吸收光谱和荧光光谱发生蓝移，从而在能带中形成一系列分立能级，即存在

24、量子尺寸效应。这样就可以通过控制量子点的形状结构和尺寸，调节其能隙宽度，激子束缚能的大小以及激子的能量蓝移等电子状态。 同样量子点的尺寸大小也影响它的光谱红移现象。总之，尺寸越小，则光谱的蓝移现象越显著，反之尺寸越大红移现象越明显2。 (2)量子限域效应由于量子点与电子的de.broglie波长，相干波长及激子bohr半径可比拟，电子局限在纳米空间，电子输运受到限制，电子的平均自由程很短，空穴很容易与它形成激子，引起电子和空穴波函数的重叠，这就很容易产生激子吸收带。电子和空穴的波函数的重叠因子随着颗粒减小而增加，则激子带的吸收系数随着粒径下降而增加，即出现激子增强吸收蓝移，这就称作量子限域效应

25、。对于量子点，当粒径与wannier激子半径，bohr半径近似或更小时，处于强限域区，易形成激子，产生激子吸收带。随着粒径的减小，激子带的吸收系数增加，出现激子强吸收。由于量子限域效应，激子的最低能量向高能方向移动，即蓝移2。(3)表面效应表面效应指随着量子点粒径的减小，大部分原子位于量子点的表面，量子点的比表面积随着粒径的减小而增大。由于纳米颗粒具有很大的比表面积，表面相原子数增多，导致了表面原子的配位不足，不饱和键和悬键增多，使这些表面原子具有很高的活性，极不稳定，很容易与其它原子结合。这种表面效应将引起纳米粒子较大的表面能和较高的活性。表面原子的活性不但会引起纳米粒子表面输运和构型的变化

26、，同时也会引起表面原子自身构象和电子能谱的变化，出现表面缺陷。表面缺陷导致陷阱电子或空穴，它们将反过来影响量子点的发光性质2。(4)小尺寸效应当超细微粒的尺寸与光波波长，de.broglie波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏;非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近原子密度减少，导致光、声、电、磁、 力、 热学等特性表现出新的小尺寸效应2。(5)宏观量子隧道效应微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。近年来，人们发现一些宏观量，例如微颗粒的磁化强度，量子相干期间的磁通量等也具有宏观隧道效应，称为宏观的量子隧道效应2。1.2光谱法研究生物蛋白质大分子

27、相互作用的理论基础科研人员采用了多种实验手段，如光谱法、电化学分析法、核磁共振分析法、质谱法、色谱法和电泳技术、微量热法、扫描探针显微镜(原子力显微镜、扫描隧道显微镜等)、平衡渗析以及超速离心技术等方法，研究了小分子(药物、染料、配位化合物等)与生物大分子间的非共价相互作用3。量子点作为一种新型的荧光纳米半导体材料，其理化性质与一般药物小分子，染料等不同，一般的，量子点比表面积大，可与生物分子多点结合。量子点与配位化合物在一定程度上相似，如量子点与表面修饰试剂间的配位结合等。配位化合物具有表面电荷，容易与生物分子发生非特异性的静电吸附。而量子点可以通过可调合成控制量子点表面电荷特性，从而使量子

28、点相对于一般的小分子在此领域有更加广阔的应用。但是目前研究量子点与生物大分子间的方法还主要沿用以上方法，并没有就纳米材料与生物大分子间的相互作用而建立特殊的分析方法，下面就分别介绍了相关方法在研究量子点与生物大分子间相互作用中的理论基础和具体用途3。1.2.1紫外一可见吸收光谱法紫外一可见吸收光谱(uv-vis)是研究量子点与生物大分子相互作用的一种最方便、最常用的技术。组成生命体蛋白质的基本氨基酸有20种，其中有4种氨基酸有紫外信号，前三个为带芳香环之氨基酸，最后一个为带有非键s原子的氨基酸3。图1-2具有紫外吸收的四种氨基酸脱氧核糖核酸(dna)主要是由碱基、五碳糖及磷酸所组成，在碱基中又

29、细分为五个碱基对，分别为归类在purine的a (adenosine) , g (guanosine)及归类在pyrimidine的t (thymidine)、c (cytidine)、u (uridine) 3。其化学结构如下图所示:图1-3 双链dna四种常见的碱基对结构中含有大量的共扼双键。因此，可利用量子点与生物大分子结合前后，两者之一的吸收光谱的变化来判断量子点与蛋白质、核酸等是否存在相互作用，得到作用方式(孙德平，2008)、热力学参数等信息，还可以进一步研究实验条件对热力学参数的影响。在蛋白质分子中某些氨基酸残基(尤其是芳香氨基酸残基)和许多量子点中都会有生色团，在紫外光谱中能产

30、生吸收峰，根据峰形和峰位的变化即可判定量子点是否与蛋白质发生作用(王君和任百祥，2003)。量子点与核酸的相互作用会引起紫外吸收光谱的红移或蓝移，因而出现增色或减色效应3。1.2.2荧光光谱法荧光光谱法是研究生物大分子与量子点、离子相互作用的重要手段。蛋白中的色氨酸残基、酪氨酸残基和苯丙氨酸残基均含有生色基团。通常用285nm激发时，蛋白质中色氨酸残基和酪氨酸残基均有贡献，而300 nm激发时，只有色氨酸残基有贡献。同时色氨酸残基和苯丙氨酸残基由于其侧链基团不同，有不同的光谱，其最大波长分别为348 nm、303 nm和282 nm，研究蛋白质的荧光碎灭过程能得到量子点与蛋白质作用的结合常数、

31、作用区域及位置信息(刘永春和胡之德，2005)。荧光碎灭法(lakowicz and r, 1983 )可分为动态碎灭和静态碎灭两种方式，可以引入外源性荧光作为指示探针，也可利用蛋白质、核酸等自身的内源性荧光作为探针(刘哗，2008)。在动态碎灭过程中，蛋白质等荧光体与荧光碎灭剂分子间的相互作用可以用动态碎灭常数描述，stern-volmer方程如下: 其中，-f和f分别为猝灭剂（cdte量子点)缺失和存在下荧光体的荧光强度；-k为动态猝灭常数，即(stern-volmer促灭常数)它描述了生物大分子与荧光猝灭剂分子彼此扩散和相互碰撞到达到动态平衡时的量数关系；-为cdte量子点的浓度，k为动

32、态荧光猝灭速率常数，它反映了体系中分子的彼此扩散和相互碰撞对生物大分子荧光寿命衰减速率的影响；-为猝灭剂不存在时荧光分子的平均寿命，一般的，蛋白质荧光体的荧光平均寿命约为s；静态荧光猝灭作用是指荧光体分子与荧光猝灭剂分子之间借助分子间力，彼此结合形成具有一定结构的超分子化合物，而导致荧光体荧光强度减弱现象，用静态荧光猝灭结合常数 lineweaver-burk双倒数函数 进行描述： 其中,( l/mol )描述了在静态猝灭过程中生物大分子与荧光猝灭分子剂分子的结合反应到达平衡时的量效关系。键合常数和键合位点（n）通过scatchard方程测定 其中，n指键合位点的数量、指qds-bsa复合物的

33、键合常数。借助荧光猝灭法可以测得量子点与生物分子的结合常数及结合点数n，再依据forster能量转移机制可求出配体-受体间的结合距离r及能量转移效率e3。第二章 水溶性cdte量子点的制备2.1实验试剂氯化镉()(ar)、碲粉(99.999)(ar)、硼氢化钠()(ar)、液氮()、巯基乙酸(ar)、氢氧化钠等均为分析纯(ar)、硫酸、盐酸、三次蒸馏水、牛血清白蛋白。2.2 实验仪器三口烧瓶、球形冷凝管、小烧瓶、磁子、注射器、移液管、容量瓶、量筒，铁架台、蛇形回流装置、玻璃棒、烧杯、胶管、塞子、温度计、小瓶子、电子天平、恒温磁力搅拌器、紫外-可见光光谱仪(日立f-7000）、荧光分光光度计、p

34、h计(phs-3d）2.3不同合成条件下水相制备水溶性cdte量子点2.3.1二次蒸馏水的制备由于水溶性量子点cdte的前驱体nahte溶液的配置是极被容易氧化的过程，并且保证试验样品的纯净，因此，选用作为水相制备量子点的溶剂为二次蒸馏水或三次蒸馏水。图2-1为制备二次蒸馏水的简易装置图2-1制备二次蒸馏水的实物图 由于实验需要蒸馏水较多，此装置所制得的二次蒸馏水不能提供所需，后改用三次蒸馏水作为反应的溶剂。2.3.2前驱体反应液nahte的制备选用一个体积为100ml的小烧杯，加入制备好的50ml高纯三次蒸馏水， 通入 n2 除氧1h ，称取一定量的碲粉和相对应摩尔反应比的硼氢化钠nahte

35、，然后用一个洗净的体积为10ml医用药剂小瓶，通入n2 将瓶内的氧气排出，接着放入称取好的碲粉和硼氢化钠，用橡皮塞把瓶口塞紧，再用透明胶布把瓶口周围封住，通过注射器渐渐注入除氧后的三次蒸馏水3ml，反应时开始时可以看到注射器的水由于重力原因往小瓶里下滴，随着反应生成的h使内外产生压强差注射器的水不在下滴，将小瓶利用超声仪超声震荡0.5h，可以看到小瓶内的反应液渐渐变为浅紫色，最终变为紫色。反应方程式为：4nabh4+2te+7h2o2nahte+nab4o7+14h22.3.3cdte量子点的生成称取适量的cdcl22.5h2o于小烧杯中，加入30ml除氧后三次蒸馏水搅拌溶解，再加入适量的疏基

36、乙酸，可以看到溶液呈乳白色，并用1mol/l的naoh溶液调节ph值，溶液变为无色，然后用注射器汲取上述制得到的nahte溶液注入此溶液中，然后在转入到250ml三口瓶中，再加入除氧后的三次蒸馏水，使反应液体积为200ml，通过ph计测定ph值 ，组装反应仪器 ，加热回流，不同的时间抽取样品。此阶段的反应方程式为：ncdcl2 + nnahse + mhsch2cooh (cdte)n(sch2cooh)m2.3.4改变合成条件制备不同的cdte量子点本次试验研究量子点合成条件 反应温度、反应时间、反应浓度比、ph 的不同，制备不同的量子点。反应温度 50 60 70 80 90 反应时间 0

37、min 10min 30min 1h 2h 3h 4h 5h 6h 7h 8h 反应浓度比 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+：te-：tga=1.0：1.0：1.0 、 cd2+：te-：tga=1.0：1.0：2.0 巯基乙酸比例分别 0.5 ： 1 ： 2 ph 为 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 10.0 10.5 11.0下面以反应时间的不同配置水溶性cdte量子点为例。分别称取0.0128g碲粉和0.

38、0080g硼氢化钠，加入到洗净的医用小药剂瓶中，用橡皮塞塞住 ，再用透明胶布将瓶口周围封住，利用注射器向瓶内注入3ml除氧后的三级水，将小瓶用超声仪震荡0.5h，可以看到瓶内液体由黑色变为茶黄色又变为浅紫色后变为紫色，把小瓶放置一边。然后称取0.0254g用除氧后的三次蒸馏水50ml溶于小烧杯中，待完全溶解后，向烧杯中滴入0.0098g巯基乙酸，生成白色絮状沉淀，滴加1mol/lnaoh3ml,液体渐渐变澄清，把烧杯的液体倒入到250ml的三口烧瓶里，再将反应完的前驱体nahte溶液注入烧瓶内，可以看到随着注入量的增多，溶液颜色加深变为橙黄色，接着组装好仪器，通 n2 15min后，加热回流，

39、根据回流反应时间的不同，抽取样品。下图2-2为实验装置反应图 图2-3为cdte样品图 图2-2 水溶性cdte量子点制备的实物图 图2-3水溶性cdte量子点样品 改变其他合成条件制备量子点，方法和上面步骤差不多，主要是药剂的浓度、ph值的调节、温度的控制、时间等几方面因素改变。通过制备出不同条件下的量子点，最后进行检测、综合分析各种条件下所制得的量子点的荧光特性，比较得出实用性最佳的量子点制备条件。2.3.5实验过程中注意事项总结1、实验室里面放置的多数是一些化学试剂，有浓烈的气味，有害于身体健康，进入实验室首先要开启窗子，保证空气的流通，待气味较小时，才能做实验。2、做实验时、涉及到水、

40、电、火的利用，因此，实验过程中应正确进行操作，勿粗心大意，造成不必要的伤害。3、由于所做试验样品在合成条件、如称量、调节ph方面要求细微，需认真细心方能制备出成功德样品的4、配置前驱体nahte溶液是制备水溶性cdte量子点实验操作关键部分，因为前驱体溶液极易被氧化，量子点制备的成功与否，与之息息相关，实验过程中，对三次蒸馏水的除氧，反应时防止空气的接触影响等因素应根据实验仪器，合理地组装实验装置，本次实验，采用了一个简捷有效的操作，用一个洗净的医用药剂小瓶，首先用氮气排除里面的空气，随之加入试剂，盖上瓶塞，用透明胶布封住小瓶的四周，再用注射器注入少量的除氧后的三次蒸馏水。5、碲属于过度化学元

41、素，有金属的性质，与硼氢化钠反应比较缓慢，为了反应的需要，必须要用超声仪超声震荡反应,也可以适当的水浴反应。6、制备好的样品应封闭放置，防止被氧化，并且及时检测样品，因为样品会随放置时间的增长粒径增大，对荧光和紫外-可见光光谱分析研究造成影响。第三章 cdte量子点的荧光光谱和紫外-可见吸收光光谱分析3.1紫外灯照射下产生的荧光现象量子点通过不同波长的可见光照射激发，会产生不同颜色的荧光，下图3-1、3-2为激发波长为380nm的紫外光照射离子比cd2+：te-：tga=1.0：0.5：1 ph=10 回流时间2h 回流温度t=90 cdte量子点的荧光图片 3-1图相机闪光照 3-2图相机未

42、闪光照3.2不同反应时间对量子点荧光特性的图3-3 为离子比cd2+：te-：tga=1.0：1.0：1.0 ph=10.0 温度t=90 不同回流时间(0-8h)所得到的量子点的荧光发射光谱图 图3-3 不同回流时间的荧光发射光谱图由图3-3可以看出，从时间(0h-6h)内，随着回流时间的增长，荧光发射峰逐渐发生红移，其荧光强度也不断增强，6h时其荧光强度最强，说明cdte量子点不断在生长，粒径在增大，荧光强度在6h后在逐渐减弱，但发射峰是一直在红移增加的。a和b荧光强度很小，可能是由于回流时间太短，溶液里面cd2+离子和te-离子结晶结合反应生成的cdte量子点很少，荧光强度弱，随着回流时

43、间的加长， cdte量子点的合成增多并且cd2+与巯基乙酸的复合物在微粒表面发生了进一步反应，有效去除cdte的很多表面缺陷，提高了发光效率。6h后粒径渐渐增大而荧光强度却变弱，根据量子效应的尺度原理，在1-10纳米范围内量子效应才明显，低于或高于这个尺寸其量子效应都将减弱。3.3反应温度对量子点荧光特性的影响图3-4是cd2+：te-：tga=1.0：1.0：2.0 ph=9.5 回流时间为3h 回流温度为50 60 70 80 90 cdte量子点的荧光发射光谱图 图3-4不同温度下的荧光发射光谱图从图3-4可得知，其他条件一定时，量子点随着温度的上升，荧光峰位发生红移说明量子点粒子的粒径

44、随温度升高逐渐增大，50时量子点粒径分布比较分散，荧光半峰宽宽，90时量子点粒径分布集中、单一使荧光半峰宽变窄，随温度的上升荧光半峰宽变窄，荧光强度随温度的增加，一直增强。因此，把量子点作为荧光探针标记生物细胞，90为制备量子点的最佳温度。3.4溶液ph值对量子点荧光特性的影响图3-5是反应温度t=90 离子比cd2+：te-：tga=1.0：1.0：2.0 回流时间为3h 不同ph值 分别ph为(7.5、8.0、9.0、10.0、11.0） 图3-5 不同ph值的荧光发射光谱图由图3-5看出，随着ph的增大，荧光强度先增强后又减弱，荧光峰先增大后又减小，当ph=10.0时，量子点的荧光强度最

45、好，发射峰位最大。ph值对量子点的影响与半导体纳米晶粒表面结构有关，反应ph值的不同，导致稳定剂巯基乙酸分子与cd2+的结合、影响生成量子点的尺寸大小，结构等方面的差异，当ph较小时，溶液中较大，影响巯基与镉离子的配位，随着ph值得增大，cd-te相互作用增强，ph=10.0时，量子点表面缺陷得到了很好的修饰，但ph增加到11.0时，溶液中纳米粒子生长过快，量子点内部缺陷增多，量子点的荧光强度反而下降了，因此，在此配比制备下ph=10.0是制备量子点的最佳条件。3.5反应物离子比对量子点荧光特性的影响 制取回流时间相同3h，ph=10.0 反应温度t=80 离子配比分别为cd2+：te-：tg

46、a=1.0：0.5：1 、 cd2+：te-：tga=1.0：0.25：1 的两种量子点样品的荧光发射光谱图(图3-6)所示 图3-6不同cd2+、te-离子比的荧光发射光谱图 由3-6图可知，在离子比为cd2+：te-：tga=1.0：0.5：1的反应液中，前驱体中的te-浓度较大，te-很快与cd2+生成大量的cdte量子点晶核，随着反应的进行，量子点粒子生长较快。离子比为cd2+：te-：tga=1.0：0.25：1的反应液中前驱体所含te-浓度较小，形成的量子点晶核较少。在相同时间内，含te-浓度越高的，生长速度越快，粒径尺寸变化越大，荧光强度越明显，荧光发射峰位越宽，因此，一定条件下

47、，改变前驱体的浓度，能够影响量子点的生长速度。 3.6量子点紫外-可见吸收光光谱和荧光光谱图3-7是反应温度t=90 离子比cd2+：te-：tga=1.0：1.0：2.0 回流时间为3h ph=10.00量子点的紫外-可见吸收光光谱和荧光光谱图 图3-7 荧光光谱与紫外-可见吸收光光谱从3-7图(b)cdte量子点的紫外吸收光光谱看出，吸收峰位为552nm属于绿光区(500-560nm）其峰位对应的量子点吸收峰位主要集中在550nm左右。图(a）荧光光谱图中出现了两个峰位，分别为432nm和489nm，可能是有杂质离子的存在，从其荧光强度来看432nm处荧光强度弱、489nm处荧光强度强，可

48、以推断出432nm处的波峰是由杂质离子产生的。3.7量子点的粒径分析 不同粒径的量子点晶核，在不同可见光的照射激发下，会产生不同颜色的荧光，粒径的不同，决定了量子点不同的性质，粒径在1-10nm的量子点都具有明显的荧光效应，通过紫外-可见吸收光谱可以计算量子点的粒径，根据如下经验公式d= 其中d为粒径为最大紫外吸收波长，由图3-7可知cdte量子点的最大吸收波长等于562nm，带入计算得量子点粒径d为2.89nm第四章 cdte量子点对蛋白质标记的初步研究小分子与蛋白质之间的相互作用已被广泛研究(李锐等，2006)，但是目前关于量子点对蛋白质标记的研究并不多见。从量子点对蛋白质结构的影响(氢键

49、、离子键、疏水键、双硫键);量子点与蛋白质的静电相互作用;蛋白质对量子点的表面修饰和稳定，量子点与蛋白质偶联前后荧光光谱分析，这四个方面来介绍量子点对蛋白质标记的研究3。4.1量子点对蛋白质结构的影响蛋白质的一级结构没有肽键组成的氨基酸序列，稳定一级结构的作用力为肽键，肽键虽为单键但具有双键的特性，且周围的六个原子是在同一个平面上，而前后二个氨基酸的a-carbon是在对角，此平面不能扭曲，又因为r-group的关系，角度不可能改变太大。所以肽键非常稳定，属于强的相互作用，不管小分子还是量子点都不会影响到蛋白质的一级结构。而蛋白的四级结构是多个三级结构分子的聚合，以一种由不同多肽肽链(亚基)间

50、相互作用形成具有功能的复合物分子的形态存在，而平时所指的蛋白质分子就是指三级结构，因此量子点与蛋白质相互作用为分子间相互作用，所以目前没有量子点对蛋白质四级结构影响的研究很少 。通过研究表明量子点主要影响蛋白质的二级结构和三级结构3。蛋白质的二级结构具有构形，依靠不同氨基酸之间的c=o和n-h基团间的氢键形成的稳定结构，主要为-螺旋(-helix)与一折叠(-sheet )两种，这些结构上的r一基间可形成氢键或其它各种键结，组合成一些独立折叠的单元是最终构形的基础单位。一螺旋特性是右手螺旋，每3.6个氨基酸绕一圈，每圈5.4高，c=o与下游h一n生成氢键而每个氢键以13个原子夹着，且整个-螺旋

51、呈圆筒状，且有偶极性。一链特性为数条氨基酸链平行排列，并以氢键侧向连接，氨基酸链可为同向(parallel)或反向排列，如果整片-sheet呈板状或盾形除此之外，还存在相对较少的一转角(一tum)和无序结构(random )，而稳定二级结构的力量为氢键3。张爱梅，闰炜等(张爱梅等，2008)研究了cdte/cds量子点一蛋白质与头孢曲松钠的相互作用。头孢曲松钠对量子点一bsa的荧光有明显猝灭作用，荧光猝灭程度与其浓度有良好的线性关系。实验结果表明为静态猝灭，头孢曲松钠与bsa按1:1结合，结合常数为6.31l/mol。用圆二色光谱技术探讨了其对bsa构象的影响。结果表明:量子点与bsa是共价偶

52、联，量子点相对于头孢曲松钠对bsa二级结构影响较小，在有量子点的存在下，bsa的-螺旋从38.9%减少为36.5%，而量子点一折叠从3i.0%增加到35.8%，说明cdte/cds量子点对bsa的二级结构还是有所影响，但是影响很小3。 图4-1稳定蛋白质三级结构的作用力(疏水作用力、氢键、离子键、双硫键)如图4-1所示，三级结构的蛋白质具有活性，通过多个二级结构元素在三维空间的排列所形成的一个蛋白质分子的三维结构，是单个蛋白质分子的整体形状。蛋白质的三级结构大都有一个疏水核心来稳定结构，同时具有稳定作用的还有盐桥、氢键和二硫键等。而组成三级结构的组成力量，为氢键、离子键、疏水键、双硫键。其中氢

53、键多由氨基酸的基团所贡献，蛋白质上的金属离子通常都可稳定分子构形，疏水性氨基酸多深埋在水溶性蛋白质的核心，各级组成力量中只有双硫键及多肽键是共价键。本课题组(han et al., 2006 )用紫外一可见光谱研究了cdte与bsa的相互作用。发现加入bsa后cdse的吸附强度显著降低，表明cdte与bsa形成了复合物，结合比为1: 1，结合常数为9.7l/mol.两者之间疏水相互作用为形成复合物的主要作用力，即cdte主要影响了bsa的三级结构。蛋白质是一个生物体系的动力和纳米机器。在蛋白质实现它的生物功能之前，它们会把自己装配起来，或者说是折叠;虽然蛋白质折叠是对所有的生物体系来说最重要的

54、和最基本的过程，但这个过程对人类而言仍然是个未解之谜。此外，当蛋白质没有正确的折叠(折叠错误)会导致严重的后果，包括许多知名的疾病，比方阿兹海默症(alzheimers )，疯牛病(madcow, bse )，可传播性海绵状脑病(cjd ) ,肌萎缩性脊髓侧索硬化症(als)，帕金森氏症(parkinsons )，和其它多种癌症及其相关得综合病症。研究量子点对蛋白质折叠的影响意义极为重大(邵力文，2008) 3。4.2量子点与蛋白质的静电相互作用 除了量子点对bsa结构的影响受到关注以外，关于蛋白质在量子点表面的存在形式也是两者相互研究中的重要课题，由于量子点为纳米尺寸范围，比表面积大，容易吸

55、附溶液中的其他物质。而蛋白质本身也具有吸附特性，在加上量子点的表面电荷如果与蛋白质的表面电荷相反，很容易发生静电吸附作用3。刘易课题组(xiao et al., 2008)用多种光谱技术研究了人血清白蛋白吸附到cdte/zns量子点上的确证、热力学及动力学。结果表明量子点与人血清白蛋白形成了复合物，静电相互作用为稳定复合物存在的主要因素。量子点在hsa上的结合位置为位点1，丝氨酸残基中心(site l,center edat lys 199 );另外量子点对hsa的二级结构和三级结构都有比较大的影响，说明量子点会影响hsa的功能活性。-helix减少而-strands，转角和无序结构相应增加。平均结合比为hsa/qds=6 o ipe等人(ipe et al., 2005 )率先提出了用动态光散射研究量子点和蛋白分子相互作用。他们利用带正电的