新型CdSe纳米晶的合成及其性质

论文摘要

纳米晶作为生物分子的荧光探针一般需要解决水溶性、生物相容性及其与生物分子的偶联等问题。目前,多采用将有机相中制得的油溶性纳米晶经表面稳定剂的替换转换成水溶性且具有生物相容性纳米晶的方法;也有报道以巯基脂肪酸等为稳定剂在水溶液中直接合成水溶性半导体纳米晶的方法,但所得半导体纳米晶生物相容性较差。本文以巯基缩乙二醇类有机功能分子为稳定剂,尝试一步法水相合成能满足上述要求的CdSe纳米晶,并探索了以该CdSe纳米晶组装体为结构单元的分子杂化高分子的合成问题,以适应不同场合的应用。具体内容如下:（1）我们设计合成了巯基缩乙二醇、两端分别为巯基和双键的缩乙二醇有机功能分子。此类有机功能分子可作为稳定剂,用于CdSe纳米晶的合成。我们对有机功能分子进行了NMR、质谱、元素分析等表征。（2）对于用胶体化学溶液法,以巯基乙酸为稳定剂在水相中直接合成CdSe纳米晶的体系,我们进一步研究了CdCl2/Na2SSeO3/巯基乙酸的投料比、成核温度、熟化时间等因素对CdSe纳米晶的尺寸分布、发光性质等的影响,优化了CdSe纳米晶的合成条件并且探索制备了CdSe纳米晶固体粉末,为制备新型功能性CdSe纳米晶打下基础。（3）以巯基缩乙二醇为稳定剂,在上述研究得到的优化条件下,在水相中直接合成了缩乙二醇修饰的CdSe纳米晶。通过调节CdCl2和Na2SSeO3的投料比,得到了不同大小的CdSe纳米晶。利用X射线衍射仪（XRD）、高分辨透射电子显微镜（HRTEM）及紫外可见一吸收光谱（Uv-vis）等手段对纳米晶的结构、尺寸、形貌等进行了表征,研究了其发光性质。结果表明,产物的晶体结构较好、粒径较均匀、荧光性质良好。以巯基缩乙二醇和巯基十一酸为稳定剂,在水相中直接合成了含羧基和缩乙二醇稳定剂修饰的CdSe纳米晶。通过改变投料比可以调节纳米晶表面的不同有机功能分子的比例,满足不同生物体系应用的需要。纳米晶表面上的羟基和羧基赋予其与生物分子连接的性质,缩乙二醇单元赋予其水溶性和生物相容性。利用高分辨透射电子显微镜及紫外可见—吸收光谱等手段对所合成的纳米晶的形貌、尺寸大小、尺寸分布、及结构进行了表征。利用核磁共振谱（NMR）、红外光谱（IR）等方法确定了羧基、羟基等官能团的比例;荧光光谱（PL）表明这些CdSe纳米晶具有良好的发光性能。（4）以巯基缩乙二醇和一定比例的两端分别为巯基和双键的缩乙二醇为稳定剂,以CdCl2为镉前躯体,Na2SSeO3为硒源,在上述研究得到的优化条件下,在水相中直接合成了含一定比例双键和缩乙二醇修饰的CdSe纳米晶。我们通过测定其核磁共振谱,确定了CdSe纳米晶表面的双键、羟基等官能团的比例;研究了此可聚合表面活性剂修饰的CdSe纳米晶组装体的自由基均聚反应,初步合成了水溶性含CdSe纳米晶的分子杂化发光高分子。利用透射电子显微镜对其进行了尺寸、形貌等方面的表征,利用紫外可见一吸收光谱、荧光光谱对CdSe纳米晶组装体和分子杂化高分子的发光性质进行了研究。结果表明,组装体和分子杂化高分子分散性较好,粒径较均匀、荧光性质良好。通过上述研究,我们初步得到了具有良好水溶性、生物相容性、发光性质可与生物分子偶联的新型功能性CdSe纳米晶和CdSe纳米晶分子杂化高分子,其有望作为生物探针应用于生物分子的标记。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 纳米技术在生物分析研究领域的应用
• 1.2 半导体纳米晶的特性
• 1.3 纳米晶生物探针的研究进展
• 1.4 本论文的研究意义和主要内容
• 2 有机功能分子的合成及表征
• 2.1 概述
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 药品及仪器
• 2.2.2 端巯基缩乙二醇功能有机分子的合成
• 2.2.3 两端分别为巯基和双键的缩乙二醇功能有机分子的合成
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 端巯基缩乙二醇功能有机分子的表征
• 2.3.2 两端分别为氯和双键的缩乙二醇功能有机分子的合成及表征
• 2.3.3 两端分别为巯基和双键的缩乙二醇功能有机分子的表征
• 2.4 小结
• 3 CdSe纳米晶的合成工艺研究
• 3.1 概述
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 药品及仪器
• 3.2.2 CdSe纳米晶的合成
• 3.2.3 CdSe纳米晶固体粉末的制备
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 合成工艺对CdSe纳米晶尺寸分布的影响
• 3.3.2 合成工艺对CdSe纳米晶荧光性质的影响
• 3.3.3 CdSe纳米晶固体粉末的制备
• 3.4 小结
• 4 以端巯基缩乙二醇、端巯基缩乙二醇和巯基十一酸为稳定剂的CdSe纳米晶的合成及表征
• 4.1 概述
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 药品及仪器
• 4.2.2 端巯基缩乙二醇修饰的CdSe纳米晶的合成
• 4.2.3 端巯基缩乙二醇和巯基十一酸修饰的CdSe纳米晶的合成
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 端巯基缩乙二醇修饰的CdSe纳米晶的表征
• 4.3.2 端巯基缩乙二醇修饰的CdSe纳米晶的性质
• 4.3.3 端巯基缩乙二醇和巯基十一酸修饰的CdSe纳米晶的表征
• 4.3.4 端巯基缩乙二醇和巯基十一酸修饰的CdSe纳米晶的性质
• 4.4 小结
• 5 CdSe纳米晶/缩乙二醇组装体的合成及聚合性质研究
• 5.1 概述
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 药品及仪器
• 5.2.2 含双键的CdSe纳米晶组装体的合成
• 5.2.3 含双键的CdSe纳米晶组装体的聚合
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 含双键的CdSe纳米晶组装体的合成
• 5.3.2 含双键的CdSe纳米晶组装体的聚合
• 5.3.3 CdSe纳米晶组装体分子杂化高分子的表征
• 5.3.4 CdSe纳米晶组装体及其聚合物的光学性质
• 5.4 小结
• 6 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间取得的科研成果清单