一、結構與設計原理

1. 三層分層結構

1. 內核：CdSeTe 三元合金

   CdSe 與 CdTe 無限固溶形成合金核，通過調控Se/Te 摩爾比連續裁剪禁帶寬度，實現發光從綠光 520 nm— 近紅外 850 nm全覆蓋，彌補單一 CdSe（藍綠）、CdTe（紅光）波段斷層缺陷。

2. 無機鈍化殼：ZnS 薄層（2–5 原子層）

   ZnS 寬帶隙（Eg=3.7 eV），相比 CdSeTe（1.8–2.5 eV）形成TypeⅠ 限域結構：

• 鈍化核表面懸空鍵，大幅減少非輻射復合，提升熒光量子產率；

• 隔絕水、氧、緩沖離子侵蝕內核，抑制 Cd2?泄露，降低生物毒性；

• 緩沖 CdSeTe 與 ZnS 晶格失配，避免殼層缺陷開裂。

1. 親水表面配體層（實現水溶性核心）

   巰基小分子：巰基丙酸 MPA、巰基乙酸 TGA、谷胱甘肽 GSH（末端 - COOH/-NH?，可偶聯抗體 / 核酸）；

高分子：PEG-SH、PEI、兩親性聚合物、BSA 蛋白包裹；

二、核心光學性能（水相體系）

1. 波長連續可調

   Se 占比高→綠光 / 黃光（500–620 nm）；Te 占比提升→紅光 / 近紅外（630–850 nm），適配生物近紅外成像窗口（650–900 nm，組織自發熒光弱、穿透深）。

2. 高單色性

   發射半高寬 FWHM＜35–40 nm，遠優于有機熒光染料，多通道標記無串色。

3. 量子產率 PLQY

   可見光區：70%–85%；近紅外區：40%–65%（單層 ZnS 殼）；雙層 CdS/ZnS 殼可提升至 70% 以上。

4. 光穩定性

   ZnS 殼阻斷光氧化，抗光漂白能力遠超 FITC、Cy3 等有機染料，可長時間激光共聚焦觀測。

5. 吸收特征

   寬連續帶邊吸收，紫外–藍光（365/405/488 nm）均可激發，多儀器通用。

三、兩種主流制備路線

路線 1：油相合成 + 配體交換（高性能主流方案）

1. 高溫有機相合成單分散 CdSeTe 合金核；

2. 低溫緩慢生長 ZnS 鈍化殼，得到油溶性 CdSeTe/ZnS；

3. 乙醇沉淀去除疏水配體，與 MPA/PEG-SH 發生巰基置換，轉移至水相；

   優勢：粒徑均一、熒光高、批次穩定；缺點：步驟多、成本偏高。

路線 2：一步水相回流（低成本簡易路線）

四、優勢對比（CdSeTe/ZnS vs CdSe/ZnS、CdTe/ZnS）

五、主要應用場景（水溶性適配生物 / 水相檢測）

1. 生物熒光成像（最核心用途）

• 細胞內示蹤：羧基 / 氨基配體偶聯抗體、多肽，腫瘤細胞、細胞器靶向標記；

• 活體近紅外成像：700–820 nm 發射，皮下 / 腫瘤深層組織成像，信噪比高；

• 多色免疫熒光：多波長量子點共染，同時區分多種蛋白標志物。

2. 熒光生物傳感器

• 離子檢測：重金屬、pH、活性氧熒光探針；

• 生化檢測：葡萄糖、維生素、腫瘤抗原免疫層析試紙；

• 電致化學發光 ECL 探針，超靈敏免疫分析。

3. 生物偶聯與診斷試劑

4. 環境水相光學檢測

水體污染物、小分子熒光傳感，水溶液中長期穩定不團聚。

油溶性 CdSeTe/ZnS 量子點配體交換制備水溶性產物（MPA 巰基丙酸法）

一、試劑與耗材

1. 原料

• 油相 CdSeTe/ZnS 量子點儲備液（分散于正己烷 / 甲苯，濃度 10–20 μM）

• 3 - 巰基丙酸 MPA（99%，避光保存）

• 四丁基氫氧化銨 TBAOH（40% 甲醇溶液，調相轉移 pH）

• 無水甲醇、無水乙醇、氯仿、超純水

• 透析袋：截留分子量 MWCO 3500 Da

• 緩沖液：0.01 M PBS pH 7.4

2. 儀器

二、完整操作步驟

步驟 1：量子點沉淀提純（去除游離油酸、TOPO 雜質）

1. 取 2 mL 油相 CdSeTe/ZnS 甲苯溶液置于離心管；

2. 加入 6 mL 無水乙醇，渦旋 3 min，8000 r/min 離心 8 min；

3. 棄上層清液，底部橙紅 / 黑色沉淀為純 CdSeTe/ZnS 固體；

4. 少量甲苯重溶沉淀（1 mL 以內）備用。

步驟 2：MPA 配體交換母液配制

1. 量取 200 μL MPA + 2 mL 超純水混合；

2. 冰浴下逐滴滴加 40% TBAOH 甲醇溶液，攪拌調節 pH 至 10.5–11.0；

原理：堿性環境下 MPA 巰基脫質子，提升與 ZnS 殼表面金屬位點結合能力。

步驟 3：兩相配體交換反應（核心步驟，全程避光）

1. 將重溶后的量子點甲苯液轉移至避光反應瓶；

2. 按體積比甲苯：MPA 水溶液 = 1:2 加入上述堿性 MPA 母液；

3. 室溫避光磁力攪拌 4–6 h（近紅外 CdSeTe/ZnS 建議攪拌 6 h，保證殼層充分置換）；

   現象判斷：上層有機相由亮色變透明，下層水相變為對應量子點熒光色，代表相轉移完成。

步驟 4：分離有機相，粗純化水溶性 QD

1. 混合液轉移分液漏斗，靜置分層；

2. 收集下層水相，舍棄上層無色甲苯；

3. 向收集的水相加入 3 倍體積無水乙醇，渦旋混勻，8000 rpm 離心 10 min；

4. 棄上清，沉淀用少量超純水重溶，得到粗水溶性 CdSeTe/ZnS。

步驟 5：透析深度除雜（去除游離 MPA、TBA 鹽離子）

1. 將粗 QD 水溶液裝入 MWCO 3500 透析袋；

2. 透析外液為超純水，4 ℃避光透析；

3. 每 4 h 更換一次純水，連續透析 24 h；

4. 透析終點判定：取少量外液檢測無熒光，無游離巰基殘留。

步驟 6：緩沖液置換與定容保存

1. 透析完成后，將袋內量子點溶液濃縮（旋轉蒸發 / 超濾管濃縮）；

2. 替換至 0.01 M PBS pH7.4；

3. 紫外分光光度計測第一激子吸收峰，定量濃度；

4. 4 ℃避光冷藏，禁止冷凍。

三、關鍵工藝控制要點（防止熒光猝滅、團聚）

1. pH 嚴格控制 10.5–11

   pH 過低：MPA 質子化，結合力弱，相轉移不全；

   pH＞11.5：ZnS 殼層腐蝕，Cd2?釋放，量子產率暴跌。

2. 全程避光、低溫

   CdSeTe 合金核極易光氧化，強光長時間攪拌會大幅降低熒光。

3. 配體用量過量

   MPA 與 QD 摩爾比建議≥5000:1，過量巰基置換表面疏水配體，提升水相穩定性。

4. 離心沉淀不要過度干燥

   沉淀干透會不可逆團聚，重溶后熒光無法恢復。

四、產物表征指標（交換后自檢）

1. 熒光量子產率 PLQY

   可見光波段：交換后保留原油相 70% 以上；近紅外 680–820 nm 保留 55% 以上；

   若驟降，說明 ZnS 殼被腐蝕，需降低體系堿性、縮短攪拌時間。

2. 水合粒徑 DLS

   交換前油相 TEM 粒徑 3–8 nm；

   MPA 修飾后水合粒徑 7–14 nm，無大團聚峰；出現數百 nm 峰代表團聚失敗。

3. Zeta 電位

   羧基 MPA 修飾，pH7.4 PBS 中 ζ 電位 -25 ~ -40 mV，絕對值越高水相穩定性越好。

4. 穩定性測試

   PBS、10% 胎牛血清中靜置 24 h 無沉淀、熒光強度無明顯衰減。

五、拓展改良方案

方案 1：谷胱甘肽 GSH 替代 MPA（生物相容性更好）

方案 2：PEG-SH 配體交換（高鹽、血清穩定）

1. 沉淀后的 QD 用氯仿重溶；

2. PEG-SH（分子量 2000/5000）溶于甲醇，TBAOH 調 pH 10.5；

3. 兩相攪拌過夜，后續離心透析流程不變；

   優勢：高鹽緩沖液、血清中不團聚，適合活體成像。

六、常見問題與解決辦法

1. 兩相攪拌后仍全部留在有機相，無法轉移

• MPA 量不足；pH 偏低；攪拌時間不足；補加 TBAOH 提高 pH，延長攪拌 2 h。

1. 轉移至水相后熒光大幅下降

• pH 過高腐蝕 ZnS 殼；縮短反應時間，降低體系 pH；全程避光冰浴反應。

1. 透析后出現白色絮狀沉淀

• 游離金屬離子與 MPA 配位沉淀；延長透析時間，減少配體過量比例。

1. PBS 中快速團聚

• 表面羧基覆蓋不足；二次補加少量 MPA 攪拌 1 h 重新透析。