水溶性CdTe納米棒的制備及在細(xì)胞成像中的應(yīng)用*

劉榮軍，羅志輝，韋慶敏

(玉林師范學(xué)院化學(xué)與食品科學(xué)學(xué)院,廣西農(nóng)產(chǎn)資源化學(xué)與深度利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(培育基地),廣西高校桂東南特色農(nóng)產(chǎn)資源高效利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣西　玉林　537000)

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水溶性CdTe納米棒的制備及在細(xì)胞成像中的應(yīng)用*

劉榮軍，羅志輝，韋慶敏

(玉林師范學(xué)院化學(xué)與食品科學(xué)學(xué)院,廣西農(nóng)產(chǎn)資源化學(xué)與深度利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(培育基地),廣西高校桂東南特色農(nóng)產(chǎn)資源高效利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣西玉林537000)

以亞碲酸鈉(Na2TeO3)為碲源，半胱氨酸(L-Cys)和巰基乙酸(TGA)為雙修飾劑在水相中快速合成高質(zhì)量CdTe納米棒。通過紫外可見分光光譜儀、熒光光譜儀、掃描電子顯微等相關(guān)方法對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行表征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,所制備的CdTe納米棒具有強(qiáng)的紫外吸收和高熒光特性及均勻的微米級(jí)棒狀形貌。更重要的是通過細(xì)胞成像發(fā)現(xiàn)，尺寸較大的CdTe納米棒主要進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)中，不能進(jìn)入細(xì)胞核。本文的研究顯示：L-Cys/TGA雙修飾CdTe納米棒具有良好的熒光特性和生物相容性，在生物傳感和細(xì)胞成像領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

CdTe納米棒；半胱氨酸；巰基乙酸；細(xì)胞成像

半導(dǎo)體金屬量子點(diǎn)或納米棒是一種新興的納米熒光納米材料，與傳統(tǒng)的有機(jī)熒光染料相比，這類半導(dǎo)體金屬納米材料具有激發(fā)光譜范圍寬、發(fā)射光譜窄且峰形好、發(fā)射光譜可調(diào)、量子產(chǎn)率高等優(yōu)異的光學(xué)特性，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有望取代各種傳統(tǒng)的有機(jī)染料，廣泛應(yīng)用于生物分子的標(biāo)記、細(xì)胞染色、腫瘤檢測(cè)、疾病早期診斷等方面[1-5]。自Nie等首次報(bào)道CdSe量子點(diǎn)連接蛋白形成特異性熒光探針用于細(xì)胞成像以來，發(fā)光量子點(diǎn)作為熒光探針受到廣泛關(guān)注[6]．目前，不同功能化的CdTe量子點(diǎn)作為熒光探針細(xì)胞成像已有許多研究報(bào)道。然而，CdTe納米棒的細(xì)胞成像研究還很少見報(bào)道。

本文對(duì)水溶性CdTe納米棒的制備方法進(jìn)行了改進(jìn)，采用可溶性的Na2TeO3取代常用的碲粉，省去了碲前軀體的制備步驟，將實(shí)驗(yàn)從兩步縮減為一步。并用生物相容性更好的半胱氨酸和巰基乙酸同時(shí)作為修飾劑和穩(wěn)定劑，通過快速水熱法合成熒光CdTe納米棒。掃描電鏡照片顯示所得納米材料呈棒狀，分散性好，更重要的是將制備的CdTe納米棒用于肝癌細(xì)胞(HepG2.2.15細(xì)胞)成像，結(jié)果表明納米棒能有效地對(duì)細(xì)胞進(jìn)行熒光成像。

1　實(shí)　驗(yàn)

1.1試劑與儀器

CdCl2·2.5H2O(99%)，亞碲酸鈉(99%)，巰基乙酸(98%)，硼氫化鈉(96%)，L-半胱氨酸(99%)，購(gòu)于國(guó)藥上海試劑公司；DAPI購(gòu)于sigma公司；其它所用試劑均為分析純。實(shí)驗(yàn)所有溶液均用超純水配制。

掃描電子顯微鏡Quanta 250,FEI 捷克儀器有限公司；熒光分光光度計(jì)F-2500,日本Hitachi儀器有限公司；雙光束紫外可見分光光度計(jì)TU-1901,北京普析通用儀器有限公司；熒光倒置顯微成像系統(tǒng)Nikon,日本尼康公司。

1.2實(shí)驗(yàn)過程

1.2.1CdTe納米棒的制備

在250mL的圓底燒瓶中加入100mL的超純水，然后在劇烈攪拌下分別依次加入17.73 mg的亞碲酸鈉、58.66 mg的氯化鎘結(jié)晶水合物、20 μL巰基乙酸、100 mg的L-半胱氨酸和100 mg的硼氫化鈉，然后當(dāng)溶液顏色變綠，再加熱到100℃冷凝回流40 min后讓其冷卻至室溫，在冷卻的溶液中再加入300 mg 的L-半胱氨酸并在70℃下回流30 min，此時(shí)生成CdTe納米棒溶液。整個(gè)反應(yīng)過程在大氣條件下進(jìn)行，無需通氮?dú)獗Ｗo(hù)。

1.2.2CdTe納米棒的紫外吸收光譜和熒光光譜的測(cè)定

以超純水作為參比液，在1mL比色皿中加入CdTe納米棒溶液，測(cè)定紫外-可見光光譜。在1mL熒光比色皿中加入CdTe納米棒溶液，室溫于激發(fā)波長(zhǎng)λex=370 nm，測(cè)定熒光發(fā)射光譜。

1.2.3細(xì)胞成像

取一定懸浮HepG 2.2.15細(xì)胞到離心管中，低速離心，取出上層澄清液，加PBS后用移液搶小心吹打，再離心，反復(fù)2次后，取HepG2.2.15細(xì)胞液均勻的鋪在載玻片，放置在室溫下晾干，然后加4%的多聚甲醛固定15 min后PBS沖洗3次，加一定量CdTe納米棒放入冰箱孵化5 h后，PBS沖洗干凈后顯微成像。

2　結(jié)果與討論

2.1CdTe納米棒的光學(xué)性能表征

圖1　CdTe納米棒在室溫下的可見吸收光譜圖

按照上述方法我們成功合成了以L-Cys和TGA修飾的CdTe納米棒。通過改變修飾劑的含量、配比以及調(diào)控反應(yīng)時(shí)間，可以得到一系列從綠到紅的熒光納米棒。紫外-可見吸收光譜是納米粒子重要的表征手段，它可以看出納米材料在溶液的分散情況。圖1是反應(yīng)回流1 h后所制備的納米棒的紫外-可見吸收光譜。從圖中我們可以看出所制備的納米棒有一個(gè)很強(qiáng)的吸收峰，峰值約為400 nm。此吸收峰說明納米棒結(jié)晶較好，尺寸分布較均勻。

對(duì)于熒光納米材料，發(fā)光性質(zhì)是非常重要的。如果發(fā)光效率非常低,就不能很好的進(jìn)行下一步光學(xué)性質(zhì)的應(yīng)用。圖2是CdTe納米棒溶液在370 nm激發(fā)下獲得的熒光發(fā)射光譜圖，從圖2中我們可以看出CdTe納米棒熒光發(fā)射峰的峰值為620 nm，半峰寬不是很寬且熒光峰的對(duì)稱性較好，這說明在制備過程中使用兩種穩(wěn)定劑L-Cys和TGA能很好的鈍化納米棒的表面缺陷[7]，能提高納米棒的發(fā)光效率。

圖2　CdTe納米棒的熒光發(fā)射光譜圖

2.2CdTe納米棒的形貌表征

圖3　CdTe納米棒的掃描電鏡照片

材料的形貌可以通過掃描電子顯微鏡或透射電子顯微鏡來進(jìn)行表征。在這里，我們使用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察CdTe納米棒的形貌、尺寸及分布。圖3是發(fā)射峰位為620 nm的CdTe納米棒掃描電子顯微鏡圖片。從圖3中可以看出納米棒分散均勻，棒長(zhǎng)約為1μM，直徑約為15 nm。這說明通過雙穩(wěn)定劑可以很好的控制CdTe納米棒生長(zhǎng)，同時(shí)，反應(yīng)溫度和回流時(shí)間也可能會(huì)對(duì)棒的形貌有影響。

2.3CdTe納米棒用于細(xì)胞成像

圖4　CdTe納米棒的細(xì)胞成像圖

圖4為CdTe納米棒與HepG 2.2.15肝癌細(xì)胞共同孵育5 h后的熒光顯微圖像。從圖4中可以看出，CdTe納米棒與肝癌細(xì)胞共同孵育5 h后，CdTe納米棒大部分進(jìn)入到細(xì)胞質(zhì)中，我們推測(cè)CdTe納米棒應(yīng)該是先被吸附在細(xì)胞膜上，然后逐漸進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，在細(xì)胞內(nèi)均勻分布開來，從而使整個(gè)細(xì)胞呈現(xiàn)出紅色的熒光，這與細(xì)胞核藍(lán)色熒光(DAPI染色)形成明顯的對(duì)比。仔細(xì)觀察還可以發(fā)現(xiàn)，部分CdTe納米棒還處在被吸附在細(xì)胞膜上，這可能是尺寸較大的納米棒不容易進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)。從上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出熒光CdTe納米棒熒光性質(zhì)穩(wěn)定，是適合用于細(xì)胞標(biāo)記或成像的。

3　結(jié)　論

通過簡(jiǎn)單的方法制備半胱氨酸(L-Cys)和巰基乙酸(TGA)穩(wěn)定的水溶性CdTe納米棒。此雙穩(wěn)定劑修飾的CdTe納米棒不僅具有好的光學(xué)性能，在形貌上也具有好的分散性，好的均勻性。更重要的通過細(xì)胞成像顯示CdTe納米棒可以作為一種新型熒光納米材料應(yīng)用于生物傳感和細(xì)胞成像方面的研究。

[1]Zhong X,Han M,Dong Z,et al.Composition-Tunable ZnxCd1-xSe Nanocrystals with High Luminescence and Stability [J].J.Am.Chem.Soc.,2003,125:8589-8594.

[2]Michalet X,Pinaud F F,Bentolila L A,et al.Quantum Dots for Live Cells,in Vivo Imaging,and Diagnostics[J].Science,2005,307:538-544.

[3]Gao X H,Cui Y Y,Levenson R M,et al.In vivo cancer targeting and imaging with semiconductor quantum dots [J].Nat.Biotechnol.,2004,22:969-976.

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[5]Xie R,Kolb U,Li J,et al.Synthesis and characterization of highly luminescent CdSe-core CdS/Zn0.5Cd0.5S/ZnS Multishell nanocrystals [J].J.Am.Chem.Soc.,2005,127:7480-7488.

[6]Chan W C W,Nie S M.Quantum Dot Bioconjugates for Ultrasensitive Nonisotopic Detection [J].Science,1998,281:2016-2018.

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Preparation of Water-soluble CdTe Nanorods and Application in Cell Imaging*

LIU Rong-jun,LUO Zhi-hui,WEI Qing-min

(Guangxi Key Laboratory of Agricultural Resources Chemistry and Efficient Utilozation (Cultivation Base),Colleges and Universities Key Laboratory for Efficient Use of Agricultural Resources in the Southeast of Guangxi,College of Chemistry and Food Science,Yulin Normal University,Guangxi Yulin 537000,China)

High-quality CdTe nanorods were rapidly synthesized in aqueous phase using Na2TeO3as tellurium source and two stabilizers (L-Cys and TGA).Different technologies including UV-Vis spectra,fluorescence spectra and scanning electron microscopy (SEM) were employed to characterize the prepared CdTe nanorods.The CdTe nanorods capped with two stabilizers exhibited a high uniformity in diameter and excellent fluorescence properties.Further study of imaging cell with the as prepared CdTe nanorods indicated that the L-Cys-TGA-CdTe nanorods can enter the cytoplasma of HepG2.2.15 cells.However,the nanorods could not enter the nucleus.The resultant CdTe nanorods have superior fluorescence properties and biocompatibility,which can serve as a powerful fluorescent probe for biosensing and cell imaging.

CdTe nanorods; L-cysteine(L-Cys); thioglycolic acid (TGA); cell imaging

玉林師范學(xué)院校級(jí)青年科研項(xiàng)目(No：2011YJQN07);廣西高校科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(KY2015LX302)。

劉榮軍，碩士，實(shí)驗(yàn)師，研究方向：熒光納米材料。

O657.3

A

1001-9677(2016)011-0078-03