开题报告内容:(包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述,不少于2000字)
一、实验背景
量子点(quantum dot)是很小的半导体粒子(nanoparticles),通常直径只有几毫米,它们的光学与电学特性与较大粒子不同,显示出介于大块半导体和离散分子之间的特性。如果使用光或电激发量子点,许多类型的量子点将发射特定频率的光,并且通过改变量子点的尺寸、形状和材料可以精确地调整发射光的频率。而它们纳米级的小尺寸可以保证其水溶液的稳定性。纳米级半导体材料严格束缚电子或电子空穴,因而量子点也被称为人造原子,这强调量子点是具有限制的离散电子态的物体,类似天然存在的原子。
CdS量子点在近几十年被广泛地研究。CdS量子点可以通过简单地改变晶体大小而改变其在紫外光激发下的光学性质,因此它在光电应用,如细胞标记、细胞跟踪、体外成像、诊断等应用上具有巨大的潜在应用价值。现代生物研究中常用的传统有机染料,其激发光谱窄,发射光谱的半峰宽很宽,光解产物对生物分子往往有杀伤作用。相比于此,量子点吸收光谱宽且连续,发射光谱窄而对称,且具有更高的亮度与更好的光学稳定性。
量子点毒性的研究主要集中在含镉颗粒上,并且主要集中在使用模型细胞的细胞毒理上,但尚未在动物模型中证明。一些文献指出,CdSe量子点在接受紫外辐射或空气氧化后,释放游离镉离子导致细胞死亡。含Ⅱ-Ⅵ族元素的量子点也可被光诱导形成活性氧物质,进而破坏细胞组分如蛋白质、DNA与脂质等。虽然文献中未发现实验动物器官受损或血液标志物改变的记载,但基于细胞水平的量子点应用需要关注可能引发细胞组分破坏的因素。在量子点制备中,可使用核/壳结构或采用其他无机或有机化合物包被的方法抑制量子点的解离。
现存的量子点合成方法中,主要有胶体合成(水相或有机相)、等离子体合成(气相)、电化学装配等,其中胶体合成法非常类似传统的化学过程:胶状的纳米半导体晶体通过高温加热溶液,前体逐渐分解为单体,随后生成晶核并成长为纳米级的晶体。加热的温度是晶体成长的关键,加热温度必须要高到允许原子的重排,在晶体成长时又必须严格控制。这直接决定了所得量子点的光学性质。但此类方法所需要的反应条件比较苛刻,并对环境有污染,且该法制备的量子点易凝聚、稳定性低,且晶体大小不均一。另外还有微生物合成法,是反应条件温和易控且对环境绿色无污染的制备方法。
文献记载,特定的细菌(如Klebsiella aerogenes)与真菌(如Schizosaccharomyces pombe)暴露于镉离子环境,可在细胞内产生20-200nm的CdS晶体。所以在利用微生物合成可行的背景下,通过酶介导的方法在体外合成CdS量子点同样也是可行的。
在利用酶介导的方法制备CdS量子点中最关键的一点是使元素到达正确的价态。硫在活的细胞中被还原到最低价态,从而能与二价镉离子反应生成能够产生荧光的CdS量子点。为模仿生物合成过程,在第一步反应中,利用谷胱甘肽(GSH)、NADH、谷胱甘肽还原酶(GR),还原亚硫酸钠,形成能与重金属反应的前体。在水相合成中,需要添加稳定剂。同时无机的镉元素需要经过一定的脱毒处理后加入反应体系,以避免反应环境中的蛋白质的变性对反应及后续分离带来不良影响。NADH的还原活性在不同温度与不同pH条件下可能存在较大的差异,本实验拟讨论其在不同条件下的反应活性。
荧光光谱法分析法是利用物质分子吸收光谱和荧光光谱能级跃迁机理,具有吸收光子能力的物质在特定波长光(如紫外光)照射下可在瞬间发射出比激发光波长长的荧光,利用物质的荧光光谱进行定性、定量分析的方法。其突出优点是灵敏度高,选择性强。本实验拟用分子荧光分析法检验制得的CdS量子点的浓度。
二、实验的目的与意义
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