【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 觀隧道效應(yīng)，稱為宏觀的量子隧道效應(yīng)[2]。第一章 緒論4紅河學(xué)院本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì)）科研人員采用了多種實(shí)驗(yàn)手段，如光譜法、電化學(xué)分析法、核磁共振分析法、質(zhì)譜法、色譜法和電泳技術(shù)、微量熱法、掃描探針顯微鏡(原子力顯微鏡、掃描隧道顯微鏡等)、平衡滲析以及超速離心技術(shù)等方法，研究了小分子(藥物、染料、配位化合物等)與生物大分子間的非共價(jià)相互作用[3]。量子點(diǎn)作為一種新型的熒光納米半導(dǎo)體材料，其理化性質(zhì)與一般藥物小分子，染料等不同，一般的，量子點(diǎn)比表面積大，可與生物分子多點(diǎn)結(jié)合。量子點(diǎn)與配位化合物在一定程度上相似，如量子點(diǎn)與表面修飾試劑間的配位結(jié)合等。配位化合物具有表面電荷，容易與生物分子發(fā)生非特異性的靜電吸附。而量子點(diǎn)可以通過(guò)可調(diào)合成控制量子點(diǎn)表面電荷特性，從而使量子點(diǎn)相對(duì)于一般的小分子在此領(lǐng)域有更加廣闊的應(yīng)用。但是目前研究量子點(diǎn)與生物大分子間的方法還主要沿用以上方法，并沒(méi)有就納米材料與生物大分子間的相互作用而建立特殊的分析方法，下面就分別介紹了相關(guān)方法在研究量子點(diǎn)與生物大分子間相互作用中的理論基礎(chǔ)和具體用途[3]。紫外一可見(jiàn)吸收光譜(UVVis)是研究量子點(diǎn)與生物大分子相互作用的一種最方便、最常用的技術(shù)。組成生命體蛋白質(zhì)的基本氨基酸有20種，其中有4種氨基酸有紫外信號(hào)，前三個(gè)為帶芳香環(huán)之氨基酸，最后一個(gè)為帶有非鍵S原子的氨基酸[3]。圖12具有紫外吸收的四種氨基酸脫氧核糖核酸(DNA)主要是由堿基、五碳糖及磷酸所組成，在堿基中又細(xì)分紅河學(xué)院本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì)）為五個(gè)堿基對(duì)，分別為歸類在purine的A (Adenosine) , G (Guanosine)及歸類在pyrimidine的T (Thymidine)、C (Cytidine)、U (Uridine) [3]。其化學(xué)結(jié)構(gòu)如下圖所示:圖13 雙鏈DNA四種常見(jiàn)的堿基對(duì)結(jié)構(gòu)中含有大量的共扼雙鍵。因此，可利用量子點(diǎn)與生物大分子結(jié)合前后，兩者之一的吸收光譜的變化來(lái)判斷量子點(diǎn)與蛋白質(zhì)、核酸等是否存在相互作用，得到作用方式(孫德平，2008)、熱力學(xué)參數(shù)等信息，還可以進(jìn)一步研究實(shí)驗(yàn)條件對(duì)熱力學(xué)參數(shù)的影響。在蛋白質(zhì)分子中某些氨基酸殘基(尤其是芳香氨基酸殘基)和許多量子點(diǎn)中都會(huì)有生色團(tuán)，在紫外光譜中能產(chǎn)生吸收峰，根據(jù)峰形和峰位的變化即可判定量子點(diǎn)是否與蛋白質(zhì)發(fā)生作用(王君和任百祥，2003)。量子點(diǎn)與核酸的相互作用會(huì)引起紫外吸收光譜的紅移或藍(lán)移，因而出現(xiàn)增色或減色效應(yīng)[3]。熒光光譜法是研究生物大分子與量子點(diǎn)、離子相互作用的重要手段。蛋白中的色氨酸殘基、酪氨酸殘基和苯丙氨酸殘基均含有生色基團(tuán)。通常用285nm激發(fā)時(shí)，蛋白質(zhì)中色氨酸殘基和酪氨酸殘基均有貢獻(xiàn)，而300 nm激發(fā)時(shí)，只有色氨酸殘基有貢獻(xiàn)。同時(shí)色氨酸殘基和苯丙氨酸殘基由于其側(cè)鏈基團(tuán)不同，有不同的光譜，其最大波長(zhǎng)分別為348 nm、303 nm和282 nm，研究蛋白質(zhì)的熒光碎滅過(guò)程能得到量子點(diǎn)與蛋白質(zhì)作用的結(jié)合常數(shù)、作用區(qū)域及位置信息(劉永春和胡之德，2005)。熒光碎滅法(Lakowicz and R, 1983 )可分為動(dòng)態(tài)碎滅和靜態(tài)碎滅兩種方式，可以引入外源性熒光作為指示探針，也可利用蛋白質(zhì)、核酸等自身的內(nèi)源性熒光作為探針(劉嘩，2008)。在動(dòng)態(tài)碎滅過(guò)程中，蛋白質(zhì)等熒光體與熒光碎5第一章 緒論滅劑分子間的相互作用可以用動(dòng)態(tài)碎滅常數(shù)描述，SternVolmer方程如下: 其中，F(xiàn)和F分別為猝滅劑（CdTe量子點(diǎn))缺失和存在下熒光體的熒光強(qiáng)度；K為動(dòng)態(tài)猝滅常數(shù)，即(SternVolmer促滅常數(shù))它描述了生物大分子與熒光猝滅劑分子彼此擴(kuò)散和相互碰撞到達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)的量數(shù)關(guān)系；為CdTe量子點(diǎn)的濃度，K為動(dòng)態(tài)熒光猝滅速率常數(shù)，它反映了體系中分子的彼此擴(kuò)散和相互碰撞對(duì)生物大分子熒光壽命衰減速率的影響；為猝滅劑不存在時(shí)熒光分子的平均壽命，一般的，蛋白質(zhì)熒光體的熒光平均壽命約為s；靜態(tài)熒光猝滅作用是指熒光體分子與熒光猝滅劑分子之間借助分子間力，彼此結(jié)合形成具有一定結(jié)構(gòu)的超分子化合物，而導(dǎo)致熒光體熒光強(qiáng)度減弱現(xiàn)象，用靜態(tài)熒光猝滅結(jié)合常數(shù) LineweaverBurk雙倒數(shù)函數(shù) 進(jìn)行描述： 其中,( L/mol )描述了在靜態(tài)猝滅過(guò)程中生物大分子與熒光猝滅分子劑分子的結(jié)合反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)的量效關(guān)系。鍵合常數(shù)和鍵合位點(diǎn)（n）通過(guò)Scatchard方程測(cè)定 其中，n指鍵合位點(diǎn)的數(shù)量、指QDsBSA復(fù)合物的鍵合常數(shù)。借助熒光猝滅法可以測(cè)得量子點(diǎn)與生物分子的結(jié)合常數(shù)及結(jié)合點(diǎn)數(shù)n，再依據(jù)Forster能量轉(zhuǎn)移機(jī)制可求出配體受體間的結(jié)合距離r及能量轉(zhuǎn)移效率E[3]。6紅河學(xué)院本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì)）第二章 水溶性CdTe量子點(diǎn)的制備氯化鎘()(AR)、碲粉(℅)(AR)、硼氫化鈉()(AR)、液氮()、巰基乙酸(AR)、氫氧化鈉等均為分析純(AR)、硫酸、鹽酸、三次蒸餾水、牛血清白蛋白。 實(shí)驗(yàn)儀器三口燒瓶、球形冷凝管、小燒瓶、磁子、注射器、移液管、容量瓶、量筒，鐵架臺(tái)、蛇形回流裝置、玻璃棒、燒杯、膠管、塞子、溫度計(jì)、小瓶子、電子天平、恒溫磁力攪拌器、紫外可見(jiàn)光光譜儀(日立F7000）、熒光分光光度計(jì)、PH計(jì)(PHS3D）由于水溶性量子點(diǎn)CdTe的前驅(qū)體NaHTe溶液的配置是極被容易氧化的過(guò)程，并且保證試驗(yàn)樣品的純凈，因此，選用作為水相制備量子點(diǎn)的溶劑為二次蒸餾水或三次蒸餾水。圖21為制備二次蒸餾水的簡(jiǎn)易裝置7第二章 水溶性CdTe量子點(diǎn)的制備圖21制備二次蒸餾水的實(shí)物圖 由于實(shí)驗(yàn)需要蒸餾水較多，此裝置所制得的二次蒸餾水不能提供所需，后改用三次蒸餾水作為反應(yīng)的溶劑。8第二章 水溶性CdTe量子點(diǎn)的制備選用一個(gè)體積為100ml的小燒杯，加入制備好的50ml高純?nèi)握麴s水， 通入 N2 除氧1h ，稱取一定量的碲粉和相對(duì)應(yīng)摩爾反應(yīng)比的硼氫化鈉NaHTe，然后用一個(gè)洗凈的體積為10ml醫(yī)用藥劑小瓶，通入N2 將瓶?jī)?nèi)的氧氣排出，接著放入稱取好的碲粉和硼氫化鈉，用橡皮塞把瓶口塞緊，再用透明膠布把瓶口周圍封住，通過(guò)注射器漸漸注入除氧后的三次蒸餾水3ml，反應(yīng)時(shí)開(kāi)始時(shí)可以看到注射器的水由于重力原因往小瓶里下滴，隨著反應(yīng)生成的H使內(nèi)外產(chǎn)生壓強(qiáng)差注射器的水不在下滴，可以看到小瓶?jī)?nèi)的反應(yīng)液漸漸變?yōu)闇\紫色，最終變?yōu)樽仙?。反?yīng)方程式為：4NaBH4+2Te+7H2O→2NaHTe+NaB4O7+14H2稱取適量的CdCl2?，加入30ml除氧后三次蒸餾水?dāng)嚢枞芙?，再加入適量的疏基乙酸，可以看到溶液呈乳白色，并用1mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)PH值，溶液變?yōu)闊o(wú)色，然后用注射器汲取上述制得到的NaHTe溶液注入此溶液中，然后在轉(zhuǎn)入到250ml三口瓶中，再加入除氧后的三次蒸餾水，使反應(yīng)液體積為200ml，通過(guò)PH計(jì)測(cè)定PH值 ，組裝反應(yīng)儀器 ，加熱回流，不同的時(shí)間抽取樣品。此階段的反應(yīng)方程式為：nCdCl2 + nNaHSe + mHSCH2COOH → (CdTe)n(SCH2COOH)m本次試驗(yàn)研究量子點(diǎn)合成條件 反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)濃度比、PH 的不同，制備不同的量子點(diǎn)。反應(yīng)溫度 50℃ 60℃ 70℃ 80 ℃ 90℃ 反應(yīng)時(shí)間 紅河學(xué)院本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì)0min 10min 30min 1h 2h 3h 4h 5h 6h 7h 8h 反應(yīng)濃度比 紅河學(xué)院本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì)）Cd2+：Te：TGA=：：1 、 Cd2+：Te：TGA=：：1 、 Cd2+：Te：TGA=：2 、 Cd2+：Te：TGA=：：2 、 Cd2+：Te：TGA=：： 、 Cd2+：Te：TGA=：： 巰基乙酸比例分別 ： 1 ： 2 PH 為 。9，加入到洗凈的醫(yī)用小藥劑瓶中，用橡皮塞塞住 ，再用透明膠布將瓶口周圍封住，利用注射器向瓶?jī)?nèi)注入3ml除氧后的三級(jí)水，可以看到瓶?jī)?nèi)液體由黑色變?yōu)椴椟S色又變?yōu)闇\紫色后變?yōu)樽仙?，把小瓶放置一邊。，待完全溶解后，生成白色絮狀沉淀，滴?mol/LNaOH3ml,液體漸漸變澄清，把燒杯的液體倒入到250ml的三口燒瓶里，再將反應(yīng)完的前驅(qū)體NaHTe溶液注入燒瓶?jī)?nèi)，可以看到隨著注入量的增多，溶液顏色加深變?yōu)槌赛S色，接著組裝好儀器，通 N2 15min后，加熱回流，根據(jù)回流反應(yīng)時(shí)間的不同，抽取樣品。下圖22為實(shí)驗(yàn)裝置反應(yīng)圖 圖23為CdTe樣品圖紅河學(xué)院本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì)） 圖22 水溶性CdTe量子點(diǎn)制備的實(shí)物圖第二章 水溶性CdTe量子點(diǎn)的制備 圖23水溶性CdTe量子點(diǎn)樣品 改變其他合成條件制備量子點(diǎn)，方法和上面步驟差不多，主要是藥劑的濃度、PH值的調(diào)節(jié)、溫度的控制、時(shí)間等幾方面因素改變。通過(guò)制備出不同條件下的量子點(diǎn)，最后進(jìn)行檢測(cè)、綜合分析各種條件下所制得的量子點(diǎn)的熒光特性，比10紅河學(xué)院本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì)）較得出實(shí)用性最佳的量子點(diǎn)制備條件。實(shí)驗(yàn)室里面放置的多數(shù)是一些化學(xué)試劑，有濃烈的氣味，有害于身體健康，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室首先要開(kāi)啟窗子，保證空氣的流通，待氣味較小時(shí)，才能做實(shí)驗(yàn)。做實(shí)驗(yàn)時(shí)、涉及到水、電、火的利用，因此，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)正確進(jìn)行操作，勿粗心大意，造成不必要的傷害。由于所做試驗(yàn)樣品在合成條件、如稱量、調(diào)節(jié)PH方面要求細(xì)微，需認(rèn)真細(xì)心方能制備出成功德樣品的配置前驅(qū)體NaHTe溶液是制備水溶性CdTe量子點(diǎn)實(shí)驗(yàn)操作關(guān)鍵部分，因?yàn)榍?