本發(fā)明涉及新型納米材料領(lǐng)域，具體涉及Fe₃O₄/CA@CdTe磁性熒光雙功能材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

近年來，納米級磁性復(fù)合微球越來越受到人們的關(guān)注。由于其具有磁性強(qiáng)、制備過程相對簡單，生物相容性好和表面易功能化等特點(diǎn)，在如環(huán)境分離分析、細(xì)胞分離、生物傳感、藥物轉(zhuǎn)運(yùn)、磁致熱治療腫瘤和磁共振成像等眾多領(lǐng)域都具有廣闊應(yīng)用前景，倍受材料科學(xué)界廣泛的關(guān)注和研究。

熒光標(biāo)記，作為生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的一種重要的技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于免疫分析，基因分析，藥物篩選，活體及細(xì)胞熒光成像等領(lǐng)域。常用的熒光團(tuán)有機(jī)染料分子( 如FITC、Cy3、Cy5和羅丹明類等)，此類常規(guī)的有機(jī)熒光染料非常容易淬滅，因而無法長期的追蹤及觀察標(biāo)記細(xì)胞，而熒光量子點(diǎn)（QDs）的發(fā)射光強(qiáng)是有機(jī)熒光染料的20倍，其穩(wěn)定性也比有機(jī)熒光染料強(qiáng)100倍以上。這些特殊的光學(xué)性質(zhì)使得量子點(diǎn)在分子生物學(xué)、生物化學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、基因組學(xué)、藥物篩選、生物大分子的相互作用等研究中有極大的應(yīng)用價(jià)值。

磁性熒光微球，作為同時(shí)兼有磁性微粒的快速分離特點(diǎn)和量子點(diǎn)的熒光特性，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于細(xì)胞分離、免疫檢測、靶向治療等領(lǐng)域。

然而，合成磁性－熒光復(fù)合納米材料存在一定技術(shù)難度，其主要問題是：磁性核對其表面熒光團(tuán)有極強(qiáng)的猝滅作用，而熒光團(tuán)也極大削弱了磁性核的強(qiáng)磁性，從而使得復(fù)合材料的磁性和熒光強(qiáng)度都相對較弱。

發(fā)明人團(tuán)隊(duì)曾研發(fā)過Fe₃O₄/CA@CdSe/CdS磁性熒光雙功能材料，但由于熒光量子點(diǎn)CdSe/CdS是油相轉(zhuǎn)水相的，與水性體系的Fe₃O₄/CA融合并不是太好，且CdSe/CdS是核殼結(jié)構(gòu)，微觀尺寸較大，空間位阻較大，其表面的羧基基團(tuán)僅與Fe₃O₄/CA表面的羧基基團(tuán)通過偶聯(lián)劑乙二胺連接；同時(shí)CdSe/CdS合成需要氮?dú)獗Ｗo(hù)、溫度要求高、操作復(fù)雜、成本高、容易制備失敗，目前CdSe/CdS量子產(chǎn)率只能達(dá)到40%左右，量子產(chǎn)率是衡量熒光性能最直接的標(biāo)準(zhǔn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種Fe₃O₄/CA@CdTe磁性熒光雙功能納米材料，F(xiàn)e₃O₄磁性納米顆粒表面包埋CA殼，在磁粒表面引入大量的-OH和-COOH，羥基直接與CdTe熒光量子點(diǎn)的羧基連接，羧基通過連接劑與CdTe熒光量子點(diǎn)的羧基連接，兩者間連接性更好，具有理想的磁性與熒光性雙功能。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種磁性熒光雙功能納米材料，由以下組成，

Fe₃O₄/CA磁性納米粒子：Fe₃O₄磁性納米顆粒的球形表面經(jīng)檸檬酸修飾形成具有羧基和羥基為末端的分子；

CdTe熒光量子點(diǎn)：CdTe表面通過巰基乙酸修飾帶有羧基基團(tuán)；

所述Fe₃O₄磁性納米粒子末端羥基直接與CdTe熒光量子點(diǎn)的羧基連接，F(xiàn)e₃O₄磁性納米粒子末端羧基通過乙二胺與CdTe熒光量子點(diǎn)連接，形成Fe₃O₄/CA@CdTe磁性熒光納米材料。

本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)方案是，CdTe熒光量子點(diǎn)粒徑在2~10 nm。量子點(diǎn)粒徑此范圍內(nèi)，量子點(diǎn)性能較好，穩(wěn)定，不易淬滅。

一種磁性熒光雙功能納米材料的制備方法：

（1）制備Fe₃O₄/CA磁性納米粒子，用檸檬酸對Fe₃O₄磁性納米顆粒的球形表面進(jìn)行修飾，使其表面富含羧基和羥基為末端的分子；

（2）制備CdTe熒光量子點(diǎn)：控制CdTe粒徑在2~10 nm范圍內(nèi)，并用巰基乙酸修飾，使其表面帶有羧基基團(tuán)；

（3）在Fe₃O₄/CA磁性納米粒子和CdTe熒光量子點(diǎn)的反應(yīng)體系中加入乙二胺，F(xiàn)e₃O₄磁性納米粒子末端羥基直接與CdTe熒光量子點(diǎn)的羧基連接，F(xiàn)e₃O₄磁性納米粒子末端羧基通過連接劑與CdTe熒光量子點(diǎn)連接，形成Fe₃O₄/CA@CdTe磁性熒光納米材料。

本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)方案是，以FeCl₃·6H₂O和FeSO₄·7H₂O為原料采用共沉淀法制備Fe₃O₄磁性納米顆粒。

本發(fā)明更進(jìn)一步改進(jìn)方案是，步驟（2）制備CdTe熒光量子點(diǎn)具體工藝包括，

（1）Te前體的制備，分別取重量比(1.5～1.7) : 1的Te粉和NaBH₄加入封閉瓶中，用針筒注入蒸餾水，在瓶塞早插入針管使反應(yīng)產(chǎn)生的H₂順利排出，控制溫度在0～2 ℃反應(yīng)6～10 h，獲得上層NaHTe溶液待用；

（2）Cd前體的制備，按每100 mL蒸餾水取0.2～0.3 g的CdCl₂·2.5H₂O溶于蒸餾水中，快速攪拌下加入200～220 μL巰基乙酸，混合均勻后用NaOH調(diào)節(jié)溶液pH值至8～11，用N₂將溶液在密閉體系中脫氧；

（3）CdTe量子點(diǎn)的制備，?。?）制備的NaHTe溶液加入攪拌中的（2）溶液內(nèi)，各反應(yīng)物的摩爾比為Cd²⁺ : NaHTe : TGA=1: (2～2.5) : (0.4～0.6)，反應(yīng)液加熱至90～100 ℃反應(yīng)120 min，冷凝回流，然后加入無水乙醇使量子點(diǎn)絮凝出來，過濾，將固體溶于水即得到純凈的CdTe量子點(diǎn)，取量子點(diǎn)加入正己烷攪拌至CdTe量子點(diǎn)全部溶解，然后將溶液高速離心分離, 留取上層清液，取過量的巰基乙酸加入清液中，繼續(xù)攪拌30～60 min后靜置得到巰基乙酸穩(wěn)定的CdTe沉淀，移去上清液, 并用正己烷洗滌2～3 次，將沉淀風(fēng)干后溶于乙醇溶液, 即得到水溶性的透明CdTe溶液。

CdTe采用操作簡單、成本低的一鍋反應(yīng)合成，而且制備溫度要求低，且制備無需氬氣保護(hù)，量子產(chǎn)率高達(dá)60%以上。

本發(fā)明更進(jìn)一步改進(jìn)方案是，步驟（3）制備Fe₃O₄/CA@CdTe磁性熒光納米材料具體工藝，稱取Fe₃O₄/CA于稱量瓶中，加入適量的去離子水溶解，超聲30-60 min，再取巰基乙酸修飾過的CdTe溶液和乙二胺，加入上述超聲后的Fe₃O₄/CA溶液中，控制pH在6～8之間，溫度控制在30-60 ℃，擺幅在30-50 mm，搖床反應(yīng)6-12 h，各反應(yīng)物的摩爾比為Fe₃O₄/CA:CdTe溶液：乙二胺= 1 : (2～2.5) : (1～1.5)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下明顯優(yōu)點(diǎn)：

1. 本發(fā)明通過在磁性納米顆粒表面包埋CA殼，一方面在磁粒表面引入大量的-OH和-COOH，獲得了穩(wěn)定性和分散性均較好的水溶性納米粒子；另一方面，CA屬于無機(jī)小分子，用它作殼層，可以降低殼層厚度，進(jìn)而大大降低了磁性衰減、磁性顆粒團(tuán)聚以及磁性粒子對熒光的猝滅作用。因此,所得磁性熒光納米粒子既有磁性顆粒的超順磁性，又有量子點(diǎn)優(yōu)異的熒光特性，在外加磁場的作用下可以達(dá)到靶向作用和收集分離，熒光性能可以實(shí)現(xiàn)可視追蹤的目的。

2.熒光量子點(diǎn)CdSe/CdS合成需要?dú)鍤獗Ｗo(hù)、操作復(fù)雜、制備溫度高、成本高、容易制備失敗，目前產(chǎn)率只能達(dá)到40%左右，而量子產(chǎn)率是衡量熒光性能最直接的標(biāo)準(zhǔn)，本發(fā)明CdTe采用操作簡單、成本低的一鍋反應(yīng)合成，而且制備溫度要求低，且制備無需氬氣保護(hù)，量子產(chǎn)率高達(dá)60%以上。

3.本發(fā)明CdTe是水性量子點(diǎn)，而CdSe/CdS是油性量子點(diǎn)轉(zhuǎn)水相，根據(jù)相似相溶原理本發(fā)明容易與水性體系融合，特別是在生物應(yīng)用中，生物體是水性環(huán)境，所以CdTe有更廣闊的應(yīng)用前景。

4.單核結(jié)構(gòu)的CdTe與核殼結(jié)構(gòu)的CdSe/CdS微觀尺寸相比，本發(fā)明CdTe更小，空間位阻小，更容易與其他官能團(tuán)結(jié)合，所以會與磁性納米顆粒表面的羥基基團(tuán)復(fù)合。

附圖說明

圖1為磁性熒光納米復(fù)合材料(Fe₃O₄/CA@CdTe)的合成路線圖；

圖2為磁性熒光納米復(fù)合材料(Fe₃O₄/CA@CdTe)的分子結(jié)構(gòu)圖；

圖3為純Fe₃O₄(a)和Fe₃O₄/CA納米磁性顆粒(b)的紅外圖譜；

圖4 為Fe₃O₄（a）納米顆粒和Fe₃O₄/CA納米顆粒（b）的XRD譜圖；

圖5為(a) CdTe量子點(diǎn)和(b) Fe₃O₄/CA@CdTe的熒光圖譜；

圖6為(a) CdTe QD和(b) Fe₃O₄/CA@CdTe熒光顯微鏡圖；

圖7為Fe₃O₄(a)、Fe₃O₄/CA (b)和Fe₃O₄/CA@CdTe(c)納米顆粒的TEM圖；

圖8為(a) Fe₃O₄; (b) Fe₃O₄/CA和(c) Fe₃O₄/CA @CdTe的磁滯回歸線圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例中采用的條件可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)一步調(diào)整，未注明的實(shí)施條件為常規(guī)實(shí)驗(yàn)條件。

一、本發(fā)明中的磁性熒光雙功能材料Fe₃O₄/CA@CdTe的具體制備

實(shí)施例1

1、采用化學(xué)共沉淀方法制備Fe₃O₄磁性納米顆粒

以六水氯化鐵 FeCl₃·6H₂O和FeSO₄·7H₂O為原料，按Fe³⁺與Fe²⁺比約為1.75:1溶解在40 mL蒸餾水中，通入高純氬氣，升溫至80℃且劇烈攪拌，接著逐滴加入新配置的NaOH溶液，調(diào)節(jié)溶液pH至11左右，此時(shí)溶液呈現(xiàn)黑色膠狀。

2、檸檬酸（CA）修飾Fe₃O₄磁性納米顆粒

將上述產(chǎn)物繼續(xù)熟化30 min，在通氬氣的情況下，滴加0.307 g檸檬酸，調(diào)節(jié)pH至5左右，溫度降至60 ℃，繼續(xù)反應(yīng)2 h得到黑色沉淀物，把三口燒瓶里的物料倒入到燒杯中，冷卻一會后加入少量丙酮紊凝，在磁鐵的幫助下進(jìn)行磁性分離，并用無水乙醇和蒸餾水洗滌數(shù)次，產(chǎn)物在60 ℃的烘箱中烘干備用。

Fe₃O₄磁性納米顆粒制備，以及檸檬酸修飾Fe₃O₄磁性納米顆粒過程是一種公開的制備工藝。

3、制備熒光量子點(diǎn)CdTe，表面修飾帶有羧基基團(tuán)，粒徑在2~10 nm

（1）Te前體的制備

分別取80 mg Te粉、50 mg NaBH₄加入封閉瓶中，用針筒注入1 mL蒸餾水。然后在瓶塞上插入一個(gè)針管使反應(yīng)產(chǎn)生的H₂可以順利排出去。控制溫度在0 ℃反應(yīng)8 h，可以觀察到黑色Te粉消失，上層為無色NaHTe溶液，下層為Na₂B₄O₇白色沉淀。

（2）Cd前體的制備

取0.2854 g CdCl₂·2.5H₂O溶于100 mL蒸餾水加入三口燒瓶中，快速攪拌下加入219 μL巰基乙酸(TGA),混合均勻后用1 mol/L NaOH調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)溶液pH值至8-11,用N₂將溶液在密閉體系中脫氧30 min。

（3）CdTe量子點(diǎn)的制備

在適當(dāng)?shù)臄嚢杷俣认拢蛉芤褐屑尤氩襟E（1）新制備的無氧NaHTe溶液，各反應(yīng)物的摩爾比為Cd²⁺:NaHTe:TGA=1:2.4:0.5，將反應(yīng)液加熱到96 ℃反應(yīng)120 min后停止加熱，將得到的產(chǎn)品冷卻，然后加入無水乙醇使量子點(diǎn)絮凝出來，過濾，將固體溶于水即得到純凈的CdTe QDs。取一定量上述量子點(diǎn)于小燒杯中, 加入30 mL正己烷, 置于磁力攪拌器上攪拌，至CdTe QDs全部溶解，將溶液用高速離心機(jī)進(jìn)行離心分離, 留取上層清液。取過量的巰基乙酸加入清液中, 繼續(xù)攪拌30 min。靜置得到巰基乙酸穩(wěn)定的CdTe沉淀, 移去上清, 并用正己烷洗滌2～3 次。將沉淀風(fēng)干后溶于乙醇溶液, 即得到水溶性的透明CdTe溶液。

4、將表面富有功能化羥基和羧基的檸檬酸磁性納米顆粒（Fe₃O₄/CA）與表面修飾有羧基基團(tuán)的熒光量子點(diǎn)CdTe連接，得到磁性熒光納米材料(Fe₃O₄/CA@CdTe)

稱取0.1 g的Fe₃O₄/CA于稱量瓶中，加入適量的去離子水溶解，超聲30-60 min。再取800 μL巰基乙酸修飾過的CdTe溶液和適量的0.1 mol/L的偶聯(lián)劑乙二胺，加入上述超聲后的Fe₃O₄/CA溶液，控制pH在6-8之間，溫度控制在30-60 ℃，擺幅在30-50 mm，搖床反應(yīng)6-12 h。

如圖1為磁性熒光納米復(fù)合材料(Fe₃O₄/CA@CdTe)的合成路線圖；圖2為磁性熒光納米復(fù)合材料(Fe₃O₄/CA@CdTe)的分子結(jié)構(gòu)圖。

實(shí)施例2

Te前體的制備取75 g Te粉、50 g NaBH₄,控制溫度2 ℃反應(yīng)6 h；Cd前體的制備，按每100 mL蒸餾水取0.2 g的CdCl₂·2.5H₂O溶于蒸餾水中，快速攪拌下加入200 μL巰基乙酸；CdTe量子點(diǎn)的制備Cd²⁺ : NaHTe : TGA=1: 2 : 0.6；制備Fe₃O₄/CA@CdTe磁性熒光納米材料時(shí)各反應(yīng)物的摩爾比為Fe₃O₄/CA:CdTe溶液：乙二胺= 1 : 2 :1.5；其余如實(shí)施例1。

實(shí)施例3

Te前體的制備取85 g Te粉、50 g NaBH₄,控制溫度1 ℃反應(yīng)10 h；Cd前體的制備，按每100 mL蒸餾水取0.3 g的CdCl₂·2.5H₂O溶于蒸餾水中，快速攪拌下加入220 μL巰基乙酸；CdTe量子點(diǎn)的制備Cd²⁺ : NaHTe : TGA=1: 2.5: 0.4；制備Fe₃O₄/CA@CdTe磁性熒光納米材料時(shí)各反應(yīng)物的摩爾比為Fe₃O₄/CA:CdTe溶液：乙二胺= 1 : 2.5 :1；其余如實(shí)施例1。

二、磁性熒光納米材料Fe₃O₄/CA@CdTe的性能研究

以實(shí)施例1得到的Fe₃O₄/CA@CdTe磁性熒光納米材料為例，通過紅外、熒光光譜分析、熒光顯微鏡、透射電鏡、磁性能測定研究了該材料的各方面性能。

圖3所示，(a)是純Fe₃O₄，3433 cm^-1和1631 cm^-1是-OH的伸縮振動和彎曲振動吸收峰,578 cm^-1是Fe₃O₄的Fe-O特征吸收峰。(b)是Fe₃O₄/CA，578 cm^-1處為Fe₃O₄的特征振動峰；3414 cm^-1為CA中-COOH伸縮振動吸收峰；1618 cm^-1和1395 cm^-1是羧酸鹽-COOM(M是金屬離子)的特征吸收峰，說明檸檬酸中的羧基基團(tuán)與Fe₃O₄磁性納米粒子表面的-OH反應(yīng)，可見檸檬酸跟在Fe₃O₄表面發(fā)生化學(xué)吸附。由此可以判定CA已經(jīng)成功包覆到Fe₃O₄磁性納米顆粒的表面上。

圖4所示為Fe₃O₄ (a)納米顆粒和Fe₃O₄/CA納米顆粒(b)的XRD譜圖，F(xiàn)e₃O₄納米顆粒是立方晶系結(jié)構(gòu)，由圖可見衍射峰分布在30.1°，35.5°，43.2°，54.0°，57.1°，62.8°，分別對應(yīng)于尖晶石型立方相Fe₃O₄的(220)，(311)，(400)，(422)，(511)和(440)晶面，峰的位置、強(qiáng)度結(jié)果與粉末衍射JCPDS卡上的標(biāo)準(zhǔn)Fe₃O₄相的數(shù)據(jù)基本吻合。(b)從圖中同樣可以看出，六個(gè)特征衍射峰的位置基本上沒有發(fā)生改變，而強(qiáng)度和寬度變化也不大，說明修飾了檸檬酸的Fe₃O₄依然是立方尖晶石型。

圖5所示(a) CdTe量子點(diǎn)和(b) Fe₃O₄/CA@CdTe的熒光圖譜，熒光波峰略向波長較大的方向發(fā)生的偏移，即發(fā)生了紅移。引發(fā)這一現(xiàn)象的可能原因是復(fù)合物粒子間的相互偶極作用增大，使其斯托克斯(Stokes)位移增大。圖6為(a) CdTe QD和(b) Fe₃O₄/CA@CdTe熒光顯微鏡圖，由圖發(fā)現(xiàn)最終產(chǎn)物的分散效果很好且熒光性能依然很強(qiáng)。

圖7所示為Fe₃O₄(a)、Fe₃O₄/CA (b)和Fe₃O₄/CA@CdTe(c)納米顆粒的TEM圖，可見CA修飾后的Fe₃O₄顆粒分散效果很好，顆粒大小均勻，形貌規(guī)則，似球形，F(xiàn)e₃O₄/CA@CdTe平均粒徑大約為40 nm左右。

圖8所示為(a) Fe₃O₄; (b) Fe₃O₄/CA和(c) Fe₃O₄/CA @CdTe的磁滯回歸線圖，在T=300 K(室溫條件)時(shí)，測得(a)Fe₃O₄、(b)Fe₃O₄/CA和(c)Fe₃O₄/CA@CdSe/CdS的飽和磁化強(qiáng)度分別為58.55 A·m²·kg^-1、53.45 A·m²·kg^-1和35.29 A·m²·kg^-1。

上述實(shí)例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人是能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所做的等效變換或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。