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Ⅱ-Ⅵ族核壳量子点和荧光纳米复合材料的制备及其荧光标记应用
导言
核壳结构量子点(quantumdots，QDs)发展已有数十年，具有长寿命、高荧光量、荧光显示、有机标记、体外显微镜成像等多种应用，目前已成为新一代高效的荧光标记材料之一。本文将重点介绍Ⅱ-Ⅵ族核壳量子点及荧光纳米复合材料制备方法及其在生物标记、成像和诊断中的应用，以期为相关领域的研究提供参考。
Ⅰ．Ⅱ-Ⅵ族核壳量子点的制备
西门子在1984年首次发现CdS量子点，但其合成条件十分苛刻，无法应用于生物医学领域。随后，研究人员不断改进合成条件和表面修饰方法，逐渐发展出各种创新的荧光材料，其中以Ⅱ-Ⅵ族核壳结构QDs更受到关注。
Ⅱ-Ⅵ族核壳量子点是指以锌硫(ZnS)或硒(ZnS)为壳材料，以硫化镉(CdS)或硒化镉(CdSe)为核心材料的量子点。制备Ⅱ-Ⅵ族核壳量子点的主要方法包括热分解法、微乳化法、水热法等。
1.热分解法
热分解法是最早发现的制备Ⅱ-Ⅵ族核壳结构量子点的方法，具有简单、易于控制大小分布的优点。它的主要过程是将有机镉、硫和硫化剂反应生成CdS核，并将其混合到表面活性剂中。核壳结构的形成是通过在镉核上所述活性剂中添加高浓度的Zn^2+和S^2-溶液来进行的。该方法较为简单，但QDs的尺寸分散性较大。
2.微乳化法
微乳化法制备了均匀的Ⅱ-Ⅵ族核壳量子点，这种方法可以控制微乳化液滴的大小和适当的微乳化剂浓度，并通过调整pH值来控制核壳结构的形成。将CdS量子点溶于表面活性剂稳定的小水滴中，再通过添加硫化锌微粒和CYS溶液，通过逆向微乳液接近于镉硫预酸浆的pH值，形成硫化锌表面，最后温度热分解即可。
3.水热法
水热法是一种环保且容易控制反应条件的制备方法。将CdS或CdSe量子点溶液和硫酸锌共存于高温高压下的水中，即可生成壳材料，形成核壳结构。水热法重点在于反应温度和时间的控制，还可以添加适量表面活性剂等后处理步骤，以提高QDs的稳定性和生物相容性等性质。
Ⅱ.荧光纳米复合材料的制备
Ⅱ-Ⅵ族核壳量子点的荧光量高，波长可调、光稳定性好等优点，但也存在着固有的毒性和生物不相容性。因此，通过将核壳QDs与DNA、蛋白质、聚合物等材料复合形成荧光纳米复合材料，可以改善其生物相容性并扩展其应用。
1.纳米嵌段共聚物复合材料
纳米嵌段共聚物是将不相容的化合物按照块嵌段聚合原理合成的一种具有可控相分离结构的聚合物。通过将Ⅱ-Ⅵ族核壳量子点与聚合物嵌段共聚实现荧光复合材料的形成。如将PhEA-b-PMMA聚合物与CdSeQDs偶联得到CdSe@PhEA-b-PMMA复合材料，具有荧光稳定性高及生物相容性好等特点。
2.蛋白质表面修饰复合材料
将Ⅱ-Ⅵ族核壳量子点与蛋白质表面修饰后形成的复合材料可以在生物医学和成像等领域获得广泛的应用。例如，在β-淀粉样蛋白(Aβ)聚集和沉积的神经细胞中，通过将ZnS-CdTeQDs与蛋白质Aβ定向连接，不仅可以标识出神经细胞中沉积的Aβ斑块，还可以评估和治疗与Aβ相关的神经退行性疾病。
3.DNA功能化复合材料
Ⅱ-Ⅵ族核壳量子点与DNA直接相互作用形成的复合材料，因具有良好的生物可兼容性、荧光稳定性高等特点，逐渐应用于生物成像和分析领域。其中，高棘链结构DNA与CdSe@ZnSQDs形成的复合材料，不仅具有良好的荧光标记性能，还具有荧光共振能量转移(FRET)效应，可以用于细胞膜与细胞质的杂交成像和荧光标记。
Ⅲ.荧光纳米复合材料的应用
荧光纳米复合材料由于优异的荧光性能和良好的生物相容性，被应用于生物标记、成像和诊断等多个领域。
1.细胞成像
将荧光纳米复合材料与细胞表面的结合物相互作用，可以抑制由于自由辐射引起的QDs因迁移到悬液中退役的情况。如将改性的石墨烯（GO）和CdS@ZnSQDs组装为复合材料，可大幅提高QDs的荧光强度，并对细胞内部的钙离子、神经递质、酸类等超微复杂过程进行观察。
2.生物诊断
荧光纳米复合材料可用于生物样品萃取和检测。如，通过核酸序列检测，将CdSe@ZnSQDs与磁性纳米颗粒（MNPs）进行复合形成荧光标记的检测有临床意义的肺癌相关基因sequences。然后通过核酸氢键与检测样品中的互补基序列发生作用，生成氢键聚集体，实现了高灵敏度的特异性检测。
3.药物导向输送
荧光纳米复合材料还在生物材料导向输送方面具有重要的应用。如将荧光纳米二氧化硅与药物复合的核酸载体，可以通过反向微乳化技术制备成载药量大、体积小、荧光标记量高、能量传递率高、药物释放速率显著提高的一种优异的生物医学载体。
结论
Ⅱ-Ⅵ族核壳量子点和荧光纳米复合材料的制备及其荧光标记应用在生物医学、生物分析和药学等领域中具有广泛应用前景。随着技术的不断发展和完善，荧光纳米复合材料将会在高端医学、生物学研究等领域得到愈加深入的应用。