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巰基乙酸作修飾劑合成CdS量子點(diǎn)及其光譜性質(zhì)的研究*

2012-07-31 08:26:46黃翰才
湖北科技學(xué)院學(xué)報 2012年12期
關(guān)鍵詞:激發(fā)光譜巰基吸收光譜

劉 潔,黃翰才

(1.湖北科技學(xué)院 核技術(shù)與化學(xué)生物學(xué)院,湖北 咸寧 437100;2.通城城北中學(xué),湖北 通城 437400)

量子點(diǎn)是II-Ⅵ族或III-V族元素組成的一種直徑在1~100 nm之間的納米晶粒[1].作為熒光探針,與傳統(tǒng)有機(jī)染料熒光探針相比,它激發(fā)光譜寬而連續(xù),發(fā)射光譜窄而對稱,發(fā)射波長可調(diào),光化學(xué)穩(wěn)定性好,不易漂白,逐漸成為生物標(biāo)記研究中的一個亮點(diǎn).CdS是典型的Ⅱ-Ⅵ型量子點(diǎn),是常見核殼型量子點(diǎn)的重要組成部分,合成發(fā)射不同顏色熒光的水溶性CdS量子點(diǎn)對于多色生物標(biāo)記和核殼型量子點(diǎn)合成具有重大的現(xiàn)實(shí)意義.與CdSe、CdTe及其他核殼型量子點(diǎn)相比,CdS量子產(chǎn)率較低,用其做生物探針特別是與生物大分子作用方面的報道不多[2].在前人工作的基礎(chǔ)上,本文采用巰基乙酸為修飾劑,在水相中合成出穩(wěn)定的CdS量子點(diǎn),對其結(jié)構(gòu)和發(fā)光性能進(jìn)行了表征,并研究了牛血清白蛋白(BSA)與量子點(diǎn)的共振散射光譜,為CdS量子點(diǎn)的應(yīng)用提供參考.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

JSM-5610LV掃描電子顯微鏡(日本株式會社 JEOL),F(xiàn)-4500熒光分光光度計(日本日立公司),UV-2300紫外可見分光光度計(日本日立公司),Spectu One傅立葉變換紅外分光光度計(美國Perkin Elmer),PHS—3C型酸度計、恒溫加熱磁力攪拌器、分析天平、離心機(jī).

Cd(NO3)2·4H2O、Na2S·9H2O、巰基乙酸、NaOH、異丙醇均為分析純,氮?dú)狻⑴Q灏椎鞍?BSA),水為去離子水.

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 CdS 量子點(diǎn)的合成

控制反應(yīng)溫度60℃,于盛有50mL水的100mL三口燒瓶中加入1mL 0.058mol·L-1的Cd(NO3)2溶液,充氮?dú)獬?0 min后加入100μL巰基乙酸,調(diào)至所需pH,再充氮?dú)?0 min后加入1mL 0.058mol·L-1的Na2S溶液,繼續(xù)通氮?dú)獬?0 min,密閉攪拌10 h后得水溶性CdS量子點(diǎn)水溶膠.

1.2.2 CdS量子點(diǎn)的紅外光譜和電鏡表征

取適量制備好的水溶膠,加等量異丙醇,振蕩離心,棄上層溶液,將所得沉淀干燥后測其紅外光譜,并做掃描電鏡分析.

1.2.3 CdS量子點(diǎn)的吸收光譜和熒光光譜

取適量制備好的水溶膠,稀釋后測其紫外可見吸收光譜和熒光光譜.

1.2.4 蛋白質(zhì)(BSA)與CdS量子點(diǎn)的共振散射光譜

取2ml所制得的 CdS量子點(diǎn)水溶膠,等間隔加入1.0 ×10-3mol·L-1的 BSA 溶液 2μL ,攪拌均勻,靜置2min,測其共振散射光譜.

2 結(jié)果與討論

2.1 量子點(diǎn)的電鏡圖

圖1是固體CdS量子點(diǎn)在JSM-5610LV掃描電子顯微鏡下所照的圖片,從圖可知,其粒子的粒徑很小,分散性較好,只有少部分發(fā)生團(tuán)聚,在此說明CdS量子點(diǎn)納米粒子的生成.發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象的原因可能是由于在水相中制備的CdS量子點(diǎn)在其溶液中化學(xué)反應(yīng)非常迅速,反應(yīng)體系可以很快達(dá)到飽和狀態(tài),結(jié)晶物質(zhì)很快析出成核狀.

圖1 固體CdS量子點(diǎn)的掃描電鏡圖

2.2 量子點(diǎn)的紅外光譜分析

如圖2所示為固體CdS量子點(diǎn)的紅外光譜圖,由圖中可知道,在1,625 cm-1及1,385 cm-1處分別出現(xiàn) COO - 的反對稱伸縮振動及對稱伸縮振動特征峰,在2 924 cm-1及2,853 cm-1處分別出現(xiàn)—CH2—的反對稱伸縮振動及對稱伸縮振動特征峰,而在2600~2550 cm-1處沒有出現(xiàn)S-H鍵的特征峰,說明巰基乙酸中S-H鍵被破壞,巰基乙酸被修飾到CdS納米顆粒的表面[3].

圖2 固體CdS量子點(diǎn)的紅外光譜圖

2.3 量子點(diǎn)的紫外吸收光譜

圖3是采用巰基乙酸為穩(wěn)定劑,[Cd2+]:[S2-]=1:1所制備的CdS量子點(diǎn)的紫外吸收光譜,從圖可知,CdS量子點(diǎn)在247 nm處有較強(qiáng)的紫外吸收峰,與CdS體相材料吸收峰(515 nm)相比有顯著的藍(lán)移,顯示出明顯的量子尺寸效應(yīng)[4].這也說明用巰基乙酸修飾的CdS量子點(diǎn)的生成.

圖3 巰基乙酸修飾的CdS量子點(diǎn)水溶膠的紫外吸收光譜

2.4 量子點(diǎn)的熒光光譜

圖4和圖5分別是巰基乙酸修飾的CdS量子點(diǎn)的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜.激發(fā)光譜是熒光物質(zhì)在不同波長的激發(fā)光作用下測得的某一波長處強(qiáng)度的變化情況,發(fā)射光譜則是某一固定波長的激發(fā)光作用下熒光強(qiáng)度在不同波長處的分布情況.從圖4可以看出,其激發(fā)光譜寬而連續(xù),在波長為430 nm時的強(qiáng)度最強(qiáng),說明此CdS量子點(diǎn)對紫光的熒光性能最好.同時由圖5可知,其發(fā)射光譜窄而對稱,且當(dāng)激發(fā)光波長為430 nm時,在567 nm處有強(qiáng)的發(fā)射峰.相對于有機(jī)熒光染料,CdS量子點(diǎn)的對稱性更好,半峰寬為75 nm,強(qiáng)度較大.相對于體相材料,由于粒子處于納米級,因此有較大的藍(lán)移.這都為生物標(biāo)記與應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)[5].

圖4 巰基乙酸修飾的CdS量子點(diǎn)的激發(fā)光譜

圖5 巰基乙酸修飾的CdS量子點(diǎn)的發(fā)射光譜

2.5 BSA與CdS量子點(diǎn)的共振散射光譜分析

圖6為BSA與熒光量子點(diǎn)的共振散射光譜圖,由圖可知,純BSA的共振散射強(qiáng)度很弱,純CdS量子點(diǎn)水溶膠的共振散射強(qiáng)度較強(qiáng).當(dāng)加入1.25×10-6mol·L-1BSA溶液后,其共振散射強(qiáng)度有很大提高,且隨著BSA濃度的增加,體系的共振散射強(qiáng)度有規(guī)律地上升.這可能是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)(BSA)中氨基酸殘基正電荷部位與CdS納米微粒表面巰基乙酸分子所帶的負(fù)電荷發(fā)生靜電作用生成了復(fù)合物,使其粒子大小發(fā)生改變,其共振散射強(qiáng)度相應(yīng)增強(qiáng)[6].當(dāng)BSA濃度在 0 ~4.0 ×10-6mol·L-1范圍內(nèi),體系的共振光散射強(qiáng)度I與BSA濃度c有較好的線性關(guān)系,對應(yīng)的線性方程為 I=28.9 ×105c+252.16(R=0.9884).

圖6 BSA與量子點(diǎn)的共振散射光譜

a為純BSA,b為純CdS水溶膠,c→f為 CdS水溶膠+BSA,BSA濃度 (1.0 ×10-6mol·L-1):)(b)0.0,(c)1.25,(d)2.5,(e)3.25,(f)4.0

3 結(jié)論

本文利用巰基乙酸作為修飾劑直接在水相中合成出了穩(wěn)定的CdS量子點(diǎn)水溶膠,操作簡單、反應(yīng)條件溫和,量子點(diǎn)的發(fā)射峰位很廣泛,在567nm處有最強(qiáng)發(fā)射峰位.此量子點(diǎn)水溶膠能很好地與蛋白質(zhì)發(fā)生共振散射作用,可望作為熒光探針用于生物大分子的分析測定.

[1]徐麗,劉明明,嚴(yán)拯宇.量子點(diǎn)的制備及其在生物醫(yī)藥領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].藥學(xué)進(jìn)展,2008,32(4):168 ~172.

[2]蔣茶,徐淑坤,楊冬芝等.CdS量子點(diǎn)的制備及細(xì)胞膜初步熒光標(biāo)記[J].分析實(shí)驗(yàn)室,2007,26(5):1 ~4.

[3]孫偉,鐘江華,張燦英等.巰基乙酸修飾ZnS納米顆粒的水相合成及表征[J].過程工程學(xué)報,2007,7(5):984~988.

[4]Zhao X.W.,Komuro S.,F(xiàn)ujita S.et al.Fabrication and stimulated emission of Er-doped nanocrystalline Si waveguides formed on Si substrates by laser ablation[J].Appl Phys Lett,1999,74(1):120 ~122.

[5]李雄.CdS熒光量子點(diǎn)的合成及其表征[J].湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2007,7(2):24 ~25.

[6]楊冬芝,孫世安,陳啟凡,徐淑坤.CdSe量子點(diǎn)與蛋白質(zhì)的作用研究[J].激光生物學(xué)報,2007,16(5):527~531.

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