[發明專利]一種利用胞外蛋白體外高效合成熒光可調ZnCdS量子點的方法

在審

• 申請號: 202010793450.6
• 申請日: 2020-08-10
• 公開（公告）號: CN111808889A
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 辛寶平;祁詩月;王佳;陳吉;苗雅慧
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: C12P3/00
• 分類號: C12P3/00;C12N9/00;C12N1/20;C09K11/56;C12R1/01
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本發明涉及一種利用胞外蛋白體外高效制備出熒光可調粒徑均一的ZnCdS量子點的方法，通過提取一種特殊硫酸鹽還原菌的胞外蛋白，Zn、Cd在胞外蛋白模板作用下與S^2?反應生成6?8nm，粒徑均一分散性好的量子點，其中通過調節溶液中Zn、Cd濃度比進一步控制量子點晶型，制備了多種不同發光峰位的ZnCdS量子點。當溶液中ZnCd濃度比從3:1?20:1，制備的ZnCdS量子點在365nm激發時光致發光光譜從紅光到藍光，光致發光峰位在470?590nm。本發明解決了現有ZnCdS量子點制備方法存在的生物毒性高、能耗大和環境不友好等方面的問題。

技術領域

本發明涉及一種利用胞外蛋白體外高效制備ZnCdS量子點的方法，屬于綠色工藝領域。

背景技術

II—VI族化合物，如CdS，ZnSe，ZnTe，ZnS等，具有優良的發光性能。它們有從整個可見光波段到紫外光波段的禁帶寬度，在紫外光或電子束激發下能產生高效的發光。此外，由于電子空穴有強烈的相互作用，II-VI族化合物一般都具有較大的激子束縛能，使得它們在室溫下具有穩定的激子效應。其中ZnCdS作為半導體復合材料，顯示出獨特的組分依賴特性，該特性不同于它們的體相對應物以及二元CdS和ZnS量子點。通過改變三元半導體的組成化學計量和內部結構實現帶隙工程，開發納米材料的新性能。ZnCdS是直接帶隙材料，能以直接復合的方式，獲得高效的輻射復合。ZnCdS量子點作為一種新型優良的半導體熒光無機納米材料，在生物成像、分子診斷、免疫治療方面都具有潛在的應用價值。

關于ZnCdS量子點的合成方法有很多，在20世紀80年代已有ZnS-CdS共膠體的報道，Wang等(2002)用化學還原法制備了ZnCdS納米晶，但它們的光學性能表現不佳。目前普遍適用的是Zhong(2003)在300℃油酸中熱注入的方法。但該方法并不適用于大規模量產。Ouyangetal用一種非注入方法合成具有梯度結構的ZnCdS量子點，但引入2,2'-二硫代雙苯并噻唑作為抑制劑需要額外的處理以去除。除了合成條件的復雜苛刻外，粒徑為納米級的量子點進入細胞內部很容易產生生物毒性。量子點的生物相容性問題受到廣泛關注，量子點本身的細胞毒性很大程度上限制了其在實驗研究與臨床醫學方面的應用。

而生物合成量子點主要利用生物自身代謝參與合成量子點，由于生物合成的量子點具有天然的生物相容性，而且生物毒性較低，反應所需條件溫和，成本較低，易于實現大規模生產且生物毒性小，是一種環保型生產工藝。到目前為止，已經有很多研究通過生物合成II—VI族量子點，2002年，首次發現通過胞外分泌硫酸鹽還原酶作用合成CdS納米材料，反應時間需要12天，反應濃度在10^-3M，納米尺寸在5-20nm；2006年，通過Rhodobactersphaeroides胞內合成直徑8nm的粒徑均一的ZnS量子點。之后有研究通過Desulfobacteriaceae合成了粒徑為2-5nm的ZnS量子點，也有研究用厭氧金屬還原菌Thermoanaerobacter species以及三種改良培養基在65℃胞外合成粒徑2-7nm球形閃鋅礦半導體納米材料。但是目前尚未有報道通過微生物合成熒光可調ZnCdS量子點。

由于三元ZnCdS量子點結構組分變化直接影響理化性質變化，合成條件較為苛刻，而微生物生長也有溫度、培養時間、培養基成份等條件的限制，不利于調控合成熒光可調ZnCdS量子點。因此本發明將微生物合成納米材料過程中起調控作用的蛋白質提取純化，離體高效合成熒光可調ZnCdS量子點。

發明內容

本發明目的是為了解決現有ZnCdS量子點制備方法存在的生物毒性高、能耗大和環境污染嚴重等問題，提出一種利用硫酸鹽還原菌(優勢菌群由Desulfovbrio sp.、Clostridiaceae sp.、Proteiniphilum sp.、Geotoga sp.和Sphaerochaeta sp.組成)的胞外蛋白離體高效制備熒光可調ZnCdS量子點的方法。其中通過調節Zn、Cd混合的濃度比可以調控出多種發光光譜的ZnCdS量子點。

本發明的目的是通過下述技術方案實現的。