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半导体量子点由于具有独特的光学性质在光学器件和生物荧光标记领域引起了人们广泛的关注。目前,大多数量子点都是在有机相合成的,这种方法合成的量子点表面含有大量的TOPO等疏水基团,需要经过复杂的中间操作步骤使其转为水溶性的才能用于生物体系。在制备量子点过程中,配体在控制量子点的性质方面起了非常重要的作用,生物分子具有区别于一般有机分子的独特结构和自组装功能,有利于实现材料的功能化,所以利用生物分子作为稳定剂辅助合成量子点具有重要意义。
RGD肽是一类含有精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸的短肽,广泛存在于生物体内,能通过其RGD序列特异性识别细胞表面整合素受体并与之结合,尤其是某些整合素受体在多种肿瘤细胞组织和新生血管内皮细胞膜有强烈表达,而在成熟血管内皮细胞和绝大多数正常器官系统中少表达或不表达,所以RGD肽对某些肿瘤细胞具有特异性识别功能。
论文首先基于RGD序列,通过以半胱氨酸(Cys)为S源引入巯基,改变该序列的肽链组成如巯基(半胱氨酸)数目,巯基与RGD序列之间的距离或者改变肽链所带的官能团等提高其稳定性和亲和性,设计了一系列既可作为量子点表面配体又可特异性识别细胞表面整合素受体的RGD短肽分子,并用Fmoc微波固相合成法成功合成了所设计的短肽。质谱和高效液相色谱的表征结果表明合成的短肽的纯度可达95%以上。
将RGD短肽作为稳定剂在水溶液中合成CdTe量子点。通过改变实验条件,如前体溶液的pH值、浓度,以及各物质的配比等,选择出合成CdTe量子点的最佳条件;比较各种肽对所合成量子点质量的影响,选择可以作为最佳配体的短肽序列。实验表明:CRGDS和CGGGRGDS是辅助合成CdTe量子点的最佳RGD短肽,所合成的量子点量子产率可达20%左右,发射光谱半峰宽(FWHM)最小在40nm左右。高分辨电镜表明CdTe量子点尺寸在2-4nm左右,覆盖在表面上的RGD外壳大约为0.5nm,所以整个CdTe-RGD荧光探针尺寸大约在3-5nm,易于生物应用。尤其重要的是,合成的CdTe-RGD量子点无需经过任何表面修饰处理,成功用于胃癌细胞成像,成像效果清晰,细胞轮廓鲜明。
最后,在CdTe-RGD量子点的基础上改进实验配比和反应条件,成功合成了CdZnTe-RGD合金量子点,大大提高了量子点的量子产率和稳定性,使量子点的荧光强度与工艺成熟的CdTe-MPA量子点相当,量子点的荧光量子产率可高达56%,发射光谱半峰宽(FWHM)最小在36nm,高分辨电镜表明CdZnTe合金量子点尺寸在2-4nm左右。细胞实验表明其具有比CdTe-RGD量子点更好的成像效果。同时由于Zn的加入,部分解决了量子点的毒性问题,更利于拓展量子点在生物领域的应用。