适用于生物医学应用的无镉InP/ZnS量子点的合成

本实验的总体目标是合成适用于生物医学应用的高荧光性磷化铟-硫化锌量子点。该方法通过展示实现高质量量子点的关键步骤，有助于阐明量子点纳米颗粒合成中的核心问题。该技术的主要优势在于能够制备出高质量且水溶性的量子点。

适用于可在不到一天时间内合成的生物系统。开始合成时，将一个100毫升圆底三颈烧瓶装配一个12英寸冷凝管。加入0.398克氯化铟、30毫升油胺（OLA）和0.245克氯化锌。

使用真空泵在室温下抽真空并同时搅拌一小时。溶液应呈现无色，并伴有白色沉淀。使用带有热电偶和PID温度控制器的加热套将溶液温度升至120摄氏度。

使用加热套和PID控温可提高反应产物的均匀性和可重复性。在真空条件下抽气20分钟，以去除可能影响核生长的低沸点杂质。在惰性气体保护下，将溶液回流并升温至223摄氏度，保持15分钟。

氯化铟和氯化锌完全溶解，形成淡黄色溶液。让温度稳定10分钟。接下来，用氮气吹洗一次性的3毫升塑料注射器和4英寸22号针头。

TDMAP的注入是该实验过程中的关键步骤，因为注入方式会显著影响所生成磷化铟量子点的分散性。使用注射器，迅速将0.5毫升TDMAP加入氯化铟溶液中。溶液温度略有下降，随后恢复至220摄氏度，同时溶液颜色由透明的淡黄色变为不透明的黑色。

加热九分半钟后，将反应烧瓶从加热套中移开，直至温度降至200摄氏度以下。为保护磷化铟核的完整性，请立即进行硫化锌包覆。将含有磷化铟量子点的反应烧瓶置于加热套上，并将温度稳定在200摄氏度。

在15秒内缓慢向溶液中加入3.58克DDT。让溶液反应一小时后，将反应烧瓶从加热套上取下，使溶液冷却至约60摄氏度。当磷化铟锌硫溶液温度降至约60摄氏度时，加入10毫升己烷。

然后，将约45毫升的全部溶液转移至一个50毫升的聚丙烯离心管中。离心样品以去除未反应的固体前体。小心移除上清液，并加入200毫升丙酮。

将所得溶液均分为四份，分别加入四个15毫升离心管中。然后离心溶液，使磷化铟锌硫量子点沉淀。倾去上清液，并用氮气充分干燥量子点沉淀，以去除丙酮。

然后，使用超声处理将量子点悬浮于20毫升OLA中。接着，将重悬的量子点转移至含有0.474克硬脂酸锌的50毫升圆底三颈烧瓶中，并进行搅拌。在室温下对溶液进行真空抽气处理20分钟。

在氮气氛围下，将温度升至180摄氏度，使反应持续进行三小时。反应完成后，将烧瓶从加热套上取下，使溶液冷却至约60摄氏度。当磷化铟锌硫溶液温度降至约60摄氏度时，加入20毫升己烷。

然后，将样品转移至一个50毫升聚丙烯离心管中，离心以去除未反应的硬脂酸锌。离心后，向上清液中加入200毫升丙酮，并采用与之前相同的步骤进行离心。用氮气充分干燥沉淀以去除丙酮后，将磷化铟锌硫量子点沉淀溶解于30毫升己烷中。

涡旋并短暂超声处理溶液，以确保完全分散。去除过量配体是本实验步骤中的关键环节。若未充分去除，将对后续使用PMAL-d将量子点转移至水相溶液的效率产生不利影响。重复上述纯化步骤两次，以确保彻底清除多余的有机配体。

过量配体的存在可能会影响两亲性聚合物与量子点之间的相互作用。纯化后，使用紫外-可见分光光度法测定合成的磷化铟硫化锌量子点的尺寸和浓度。取部分合成的磷化铟硫化锌量子点，用正己烷稀释，得到1毫升浓度为1微摩尔的量子点溶液。

在离心管中，将0.25毫升的磷化铟锌硫量子点转移至每根管中。向离心管中加入1毫升丙酮或薄荷醇，并进行离心。小心移去上清液，将每份沉淀物溶解于1毫升四氢呋喃或THF中。

接下来，将溶解在 THF 中的磷化铟锌硫量子点转移至 100 毫升圆底烧瓶中，并用 16 毫升 THF 稀释。为减少溶液中聚集体的数量，将量子点超声处理 5 到 10 分钟。然后，溶解 30 毫克 PMAL-d 和 10 毫升分子生物学级水。

将水加入聚合物中，通过超声处理或轻柔搅拌，直至溶液变为半透明，可有效完全溶解该聚合物。使用涡旋振荡或剧烈搅拌会产生大量气泡，从而阻碍聚合物与量子点的相互作用。随后，将10毫升聚合物溶液加入含有磷化铟锌硫量子点和四氢呋喃的100毫升圆底烧瓶中。

将量子点聚合物溶液置于冰浴中的圆底烧瓶内，使用旋转蒸发仪蒸发除去四氢呋喃（THF），以促进聚合物与量子点之间的相互作用。当溶液浓缩至10毫升时，从旋转蒸发仪上取下烧瓶，并加入30毫升分子生物学级水。将烧瓶重新放回旋转蒸发仪，继续蒸发至体积为2毫升。

最后的蒸发步骤可能需要数小时。确保维持冰浴。用移液管将水溶性磷化铟锌硫量子点从圆底烧瓶中取出。

使用连接有0.1微米尼龙注射式滤器的3毫升塑料注射器，将量子点溶液过滤至5毫升离心管中。将量子点置于20,000分子量截断的透析膜透析装置中，用0.5摩尔硼酸盐缓冲液（pH 8.5）透析，以去除过量聚合物。使用真空浓缩仪将量子点和硼酸盐缓冲液浓缩至1毫升。

储存时，先用氮气吹扫溶液，再用封口膜密封。水溶性磷化铟锌硫量子点在4摄氏度避光条件下至少可稳定保存四个月。图中显示了在533纳米激发下的磷化铟锌硫量子点和己烷的吸收光谱及校正后的荧光发射光谱，其最大吸收波长为600纳米，半峰全宽为73纳米。

此处展示的是溶于水中的磷化铟锌硫量子点的透射电子显微镜（TEM）图像。根据TEM结果绘制的粒径分布直方图显示，平均直径为2.74 ± 0.72纳米。单个荧光点分析揭示了磷化铟锌硫量子点在水溶液中存在明显的“开启”和“关闭”状态，表现为典型的闪烁特征。

该直方图展示了单个量子点闪烁轮廓的像素强度双峰分布。此处的图表描述了N2a细胞在含1至25纳摩尔的磷化铟锌硫量子点的培养基中孵育24或48小时后的细胞活力。

在五纳摩尔以下观察到的毒性可忽略不计。一旦掌握，该技术若操作得当，可在12小时内完成。观看本视频后，您应能够充分理解如何合成用于生物医学应用的高荧光量子点。

请注意，烯丙胺是一种危险的腐蚀性有机化合物。进行此操作时，应始终采取预防措施，如佩戴护目镜、手套和实验服。