磁性熒光雙功能納米復(fù)合顆粒的制備、生長機(jī)理及應(yīng)用的研究.pdf

1、磁性熒光雙功能納米復(fù)合顆粒能夠同時實(shí)現(xiàn)對特定生物分子的熒光標(biāo)記和磁性分離，克服了單一熒光標(biāo)記物因標(biāo)記后難以再進(jìn)行進(jìn)一步分離而在應(yīng)用上受到限制的問題。更重要的是，磁性熒光納米復(fù)合顆粒還能用于磁共振和熒光的雙模式成像，可以大大提高成像的靈敏度和準(zhǔn)確度，這對于一些重要的病理研究和早期診斷具有非凡的意義。因此，磁性熒光雙功能納米復(fù)合顆粒在生物醫(yī)用診斷領(lǐng)域具有重要的研究價值和廣泛的應(yīng)用前景。但是，目前相關(guān)的研究工作還存在許多需要完善的地方。特別是

2、如何改進(jìn)現(xiàn)有的合成方法制備出能夠適用于體內(nèi)標(biāo)記的磁性熒光納米復(fù)合顆粒以及對存在較大晶格錯配的體系中所涉及的多組分納米復(fù)合顆粒生長機(jī)理的理解和解釋都是亟需廣大研究者們深入研究和解決的問題。正是基于這樣的背景，我們選擇磁性熒光納米復(fù)合顆粒作為研究對象，深入系統(tǒng)地探討相關(guān)合成技術(shù)以及生長機(jī)理。
　　 本文首先采用熱注入法在1-十八烯/油酸體系中，合成出了熒光性能可控的Fe3O4-CdSe磁性熒光納米復(fù)合顆粒。在該方法中，由于CdSe量

3、子點(diǎn)是直接在Fe3O4種晶表面發(fā)生異質(zhì)形核并生長，因此該納米復(fù)合顆粒的熒光發(fā)射波長可以通過改變反應(yīng)時間、溫度以及油酸配體用量等反應(yīng)參數(shù)來進(jìn)行調(diào)節(jié)，可覆蓋486-586nm的波長范圍。研究還發(fā)現(xiàn)，在相同反應(yīng)條件下(反應(yīng)溫度、時間和CdSe前體濃度)，F(xiàn)e3O4-CdSe熒光磁性納米復(fù)合顆粒的熒光發(fā)射峰波長要較純CdSe量子點(diǎn)發(fā)生藍(lán)移，并且提高Fe3O4種晶濃度會進(jìn)一步加強(qiáng)熒光發(fā)射峰的藍(lán)移程度。通過對CdSe晶核濃度的計算，我們將這一藍(lán)移現(xiàn)

4、象歸結(jié)于Fe3O4納米顆粒的種晶誘導(dǎo)作用：CdSe在Fe3O4種晶表面發(fā)生異質(zhì)形核所需要的能量要小于CdSe均質(zhì)形核。因此，在CdSe前體濃度固定的情況下，F(xiàn)e3O4種晶的存在能夠誘導(dǎo)更多CdSe晶核的生成，晶核數(shù)量的增加導(dǎo)致單個CdSe量子點(diǎn)尺寸的減小，從而使熒光發(fā)射峰發(fā)生藍(lán)移。對這一藍(lán)移現(xiàn)象的解釋有助于更好地理解種晶在多組分納米復(fù)合顆粒形成過程中所發(fā)揮的作用。
　　 雖然已能成功制備出熒光可控的Fe3O4-CdSe磁性熒光復(fù)

5、合顆粒，但是在這樣一個存在較大晶格錯配的體系中，如何對第二相CdSe的生長，以及對納米復(fù)合顆粒整體的空間形貌進(jìn)行控制，仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。由于第二相的異質(zhì)形核及生長過程實(shí)質(zhì)上都是發(fā)生在種晶的表面，故而，在上一部分研究的基礎(chǔ)上，我們進(jìn)一步選用具有不同結(jié)構(gòu)特征的Fe3O4納米顆粒作為種晶重點(diǎn)考察種晶表面狀態(tài)對納米復(fù)合顆粒形成的影響。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：Fe3O4種晶表面配體結(jié)合力的強(qiáng)弱將影響CdSe量子點(diǎn)在種晶表面異質(zhì)形核生長的難易程度。表面配

6、體與Fe3O4種晶結(jié)合力越強(qiáng)，CdSe前體就越難通過表面配體的解附.吸附過程達(dá)到種晶表面，從而阻礙CdSe量子點(diǎn)的異質(zhì)形核生長。另一方面，CdSe量子點(diǎn)會優(yōu)先選擇在方形Fe3O4種晶的八個角位置進(jìn)行生長，并且方形Fe3O4種晶相較球形種晶表現(xiàn)出更強(qiáng)的誘導(dǎo)CdSe異質(zhì)形核生長的能力。最后結(jié)合理論模擬計算，我們從能量的角度對種晶誘導(dǎo)第二相異質(zhì)形核生長機(jī)理進(jìn)行了闡述，揭示了在納米復(fù)合顆粒形成的整個過程中所需要克服的能壘以及影響能壘高低的因素。

7、對于存在較大晶格錯配的體系中所涉及的第二相異質(zhì)形核生長機(jī)理更好的理解將大大推動多組分納米復(fù)合顆粒設(shè)計合成領(lǐng)域研究工作的發(fā)展。
　　 對于采用熱注入法所制備得到的Fe3O4磁性納米顆粒和Fe3O4-CdSe磁性熒光納米復(fù)合顆粒還無法直接應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋砻嫘揎?。要求在能獲得良好的生物相容性和親水性的前提下，盡可能避免磁、光學(xué)性能的損失。本文采用了一種簡便的物理研磨法，在Fe3O4磁性納米顆粒和Fe3O4-CdSe

8、磁性熒光納米復(fù)合顆粒的表面成功包覆上了聚乙二醇(PEG)，使其具有了親水性的表面。同時，考察了由PEG分子修飾的納米顆粒在水溶液中的穩(wěn)定性，并進(jìn)一步研究了PEG分子修飾對Fe3O4納米顆粒和Fe3O4-CdSe納米復(fù)合顆粒的磁性能及熒光性能的影響。最后，對PEG分子穩(wěn)定的Fe3O4納米顆粒和Fe3O4-CdSe納米復(fù)合顆粒進(jìn)行了相關(guān)的細(xì)胞毒性和細(xì)胞轉(zhuǎn)染實(shí)驗(yàn)，為今后的實(shí)際應(yīng)用打下基礎(chǔ)。
　　 由于NaYF4：Yb，Er稀土上轉(zhuǎn)換納

9、米顆粒具有更好的生物相容性，并且可以使用對細(xì)胞組織損害更小的近紅外光源來進(jìn)行激發(fā)，所以本文最后選用NaYF4：Yb，Er稀土上轉(zhuǎn)換納米顆粒來替代CdSe作為磁性熒光納米復(fù)合顆粒中的熒光發(fā)射部分，對合成NaYF4：Yb，Er-Fe3O4磁性熒光納米復(fù)合顆粒進(jìn)行了初步嘗試。由于NaYF4與Fe3O4之間的晶格錯配較Fe3O4-CdSe體系更大，所以我們選用具有雙官能團(tuán)的二氨基十二烷(DAD)和十二烷二酸(DDA)作為偶聯(lián)劑來實(shí)現(xiàn)NaTF4：

10、Yb，Er與Fe3O4的直接復(fù)合。通過透射電鏡(TEM)的表征，證實(shí)了能夠在六盤形的NaYF4：Yb，Er納米顆粒表面生長出Fe3O4磁性納米顆粒，從而獲得NaYF4：Yb，Er-Fe3O4納米復(fù)合顆粒。并隨后通過反相微乳液法，對該納米復(fù)合顆粒進(jìn)行表面SiO2修飾，從而獲得了親水性表面，為今后進(jìn)一步的應(yīng)用研究打下了堅實(shí)基礎(chǔ)。但是目前對于NaYF4：Yb，Er-Fe3O4納米復(fù)合顆粒的結(jié)構(gòu)控制還不甚理想，這需要今后對制備方法和生長機(jī)理進(jìn)行