СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КВАНТОВЫХ ТОЧЕК, ФУНКЦИОНАЛИЗИРОВАННЫХ ДЕНДРИМЕРАМИ
PRODUCTION METHOD OF QUANTUM DOTS, FUNCTIONALIZED BY DENDRIMERS

Настоящее изобретение относится к нанотехнологиям и может быть использовано для получения стабильных в водных средах полупроводниковых квантовых точек (КТ) с применением дендримеров в качестве стабилизаторов. Такая КТ имеет в качестве поверхностных лигандов молекулы дендримера с поверхностными аминогруппами, обеспечивающими коллоидную стабильность в водной среде.
В качестве подходящего дендримера может применяться дендример с поверхностными функциональными группами, аналогичными функциональным группам исходных лигандов, связанным с поверхностью КТ. Под исходными лигандами подразумеваются лиганды, стабилизирующие КТ в органических растворителях, в том числе применяемых в ходе синтеза КТ.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ получения квантовых точек на основе золота, функционализированных с помощью дендримеров (Method for making a ligand-quantum dot conjugate, USA Patent № US8216549B2).
Указанный способ включает получение раствора, содержащего КТ на основе золота в дистиллированной воде с концентрацией 0,2 масс. %, смешивание полученного раствора с раствором полиамидоаминного дендримера с поверхностными гидроксильными группами в метаноле с концентрацией 10 масс. %.
Задачей изобретения является разработка способа получения стабильных в водных средах КТ с высоким квантовым выходом флуоресценции на основе КТ, синтезированных в органических растворителях, путём реакции лигандного обмена с применением дендримеров.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в более высоком квантовом выходе КТ (выше 40%) в водной среде за счёт применения КТ на основе селенида кадмия, синтезированных в органических растворителях при высокой температуре. Заявляемый способ отличается простотой процесса, пригодностью полученных частиц для дальнейшего связывания с биомолекулами за счёт большого числа функциональных групп, высоким квантовым выходом полученных КТ и их коллоидной стабильностью в водных средах. Кроме того, заявляемый способ позволяет избежать расходования больших объёмов органических растворителей и применения способов обработки, отличающихся большой длительностью и требующих специального оборудования, таких как, например, ультразвуковая обработка и выпаривание на роторном испарителе.
-8
Указанный технический результат достигается тем, что квантовые точки (КТ) на основе селенида кадмия, полученные в органической среде, добавляют в хлороформ с получением концентрации КТ 4⋅10М, смешивают полученный раствор с раствором полиамидоаминного дендримера с поверхностными аминогруппами в метаноле так, чтобы мольное соотношение квантовых точек к дендримеру составляло от 1:700 до 1:1100.
Полученные квантовые точки, функционализированные дендримерами, могут быть подвергнуты переосаждению, включая осаждение путём добавления этилацетата, дальнейшей очистке и последующему растворению или диспергированию в подходящем растворителе, включая воду и буферные растворы, с целью определения оптических, гидродинамических и иных характеристик полученных частиц в указанных растворах.
Возможно использование полиамидоамина 4-го поколения, при этом мольное соотношение квантовых точек к дендримеру составляет от 1:900 до 1:1100, предпочтительно 1:1000, либо полиамидоамина 5-го поколения, при этом мольное соотношение квантовых точек к дендримеру составляет от 1:700 до 1:900, предпочтительно 1:800.
В качестве квантовых точек можно использовать квантовые точки на основе CdSe с оболочкой из других полупроводников, внешний слой которой представляет собой ZnS.
-8
Пример 1. КТ структуры CdSe/CdS/ZnS получали по известной методике (Speranskaya et all. Polymer-coated ﬂuorescent CdSe-based quantum dots for application in immunoassay. Biosensors and Bioelectronics 53. 2014. 225–231). Полученные таким образом КТ растворяли в 1 мл хлороформа с обеспечением концентрации КТ 4⋅10 М. Затем в реакционный сосуд с магнитной мешалкой добавляли полученный раствор КТ в хлороформе и 1 мл раствора полиамидоамина 4-го поколения в метаноле при мольном соотношении КТ:полиамидоамин 1:1000. Реакцию проводили в течение 4 часов при перемешивании при температуре 45 °C. Полученную смесь дважды промывали этилацетатом (4 мл) при центрифугировании при 5000 об/мин в течение 10 мин. Надосадочную жидкость отбирали и осадок растворяли в воде или требуемом буферном растворе.
Осадок полностью растворялся с образованием прозрачного раствора без видимых частиц, что свидетельствует об отсутствии крупных агрегатов вследствие избытка дендримера и о его достаточном количестве для гидрофилизации КТ. Полученные частицы имели поверхностный заряд, равный примерно -50 мВ, что свидетельствует о высокой коллоидной стабильности частиц.
Снижение квантового выхода КТ после перевода в водную среду составляло 22%. Квантовый выход КТ после перевода в водную среду составлял 41% (согласно измерениям на приборе для измерения абсолютного квантового выхода Quantaurus QY фирмы Hamamatsu).
-8
Пример 2. КТ структуры CdSe/CdS/ZnS получали по известной методике (Speranskaya et all. Polymer-coated ﬂuorescent CdSe-based quantum dots for application in immunoassay. Biosensors and Bioelectronics 53. 2014. 225–231). Полученные таким образом КТ растворяли в 1 мл хлороформа с обеспечением концентрации КТ 4⋅10 М. Затем в реакционный сосуд с магнитной мешалкой добавляли полученный раствор КТ в хлороформе и 1 мл раствора полиамидоамина 4-го поколения в метаноле при мольном соотношении КТ:полиамидоамин 1:900. Реакцию проводили в течение 4 часов при перемешивании при температуре 45 °C. Полученную смесь дважды промывали этилацетатом (4 мл) при центрифугировании при 5000 об/мин в течение 10 мин. Надосадочную жидкость отбирали и осадок растворяли в воде или требуемом буферном растворе.
Осадок полностью растворялся с образованием прозрачного раствора без видимых частиц, что свидетельствует об отсутствии крупных агрегатов вследствие избытка дендримера и о его достаточном количестве для гидрофилизации КТ. Полученные частицы имели поверхностный заряд, равный примерно -50 мВ, что свидетельствует о высокой коллоидной стабильности частиц.
Снижение квантового выхода КТ после перевода в водную среду составляло 22%. Квантовый выход КТ после перевода в водную среду составлял 40% (согласно измерениям на приборе для измерения абсолютного квантового выхода Quantaurus QY фирмы Hamamatsu).
-8
Пример 3. КТ структуры CdSe/CdS/ZnS получали по известной методике (Speranskaya et all. Polymer-coated ﬂuorescent CdSe-based quantum dots for application in immunoassay. Biosensors and Bioelectronics 53. 2014. 225–231). Полученные таким образом КТ растворяли в 1 мл хлороформа с обеспечением концентрации КТ 4⋅10 М. Затем в реакционный сосуд с магнитной мешалкой добавляли полученный раствор КТ в хлороформе и 1 мл раствора полиамидоамина 4-го поколения в метаноле при мольном соотношении КТ:полиамидоамин 1:1100. Реакцию проводили в течение 4 часов при перемешивании при температуре 45 °C. Полученную смесь дважды промывали этилацетатом (4 мл) при центрифугировании при 5000 об/мин в течение 10 мин. Надосадочную жидкость отбирали и осадок растворяли в воде или требуемом буферном растворе.
Осадок полностью растворялся с образованием прозрачного раствора без видимых частиц, что свидетельствует об отсутствии крупных агрегатов вследствие избытка дендримера и о его достаточном количестве для гидрофилизации КТ. Полученные частицы имели поверхностный заряд, равный примерно -50 мВ, что свидетельствует о высокой коллоидной стабильности частиц.
Снижение квантового выхода КТ после перевода в водную среду составляло 22%. Квантовый выход КТ после перевода в водную среду составлял 40% (согласно измерениям на приборе для измерения абсолютного квантового выхода Quantaurus QY фирмы Hamamatsu).
-8
Пример 4. КТ структуры CdSe/CdS/ZnS получали по известной методике (Speranskaya et all. Polymer-coated ﬂuorescent CdSe-based quantum dots for application in immunoassay. Biosensors and Bioelectronics 53. 2014. 225–231). Полученные таким образом КТ растворяли в 1 мл хлороформа с обеспечением концентрации КТ 4⋅10 М. Затем в реакционный сосуд с магнитной мешалкой добавляли полученный раствор КТ в хлороформе и 1 мл раствора полиамидоамина 4-го поколения в метаноле при мольном соотношении КТ:полиамидоамин 1:800. Реакцию проводили в течение 4 часов при перемешивании при температуре 45 °C. Полученную смесь дважды промывали этилацетатом (4 мл) при центрифугировании при 5000 об/мин в течение 10 мин. Надосадочную жидкость отбирали и осадок растворяли в воде или требуемом буферном растворе.
Осадок растворялся не полностью, после добавления избытка воды или буферного раствора наблюдались оседающие КТ, что свидетельствует о недостаточном для стабилизации КТ количестве дендримера.
-8
Пример 5. КТ структуры CdSe/CdS/ZnS получали по известной методике (Speranskaya et all. Polymer-coated ﬂuorescent CdSe-based quantum dots for application in immunoassay. Biosensors and Bioelectronics 53. 2014. 225–231). Полученные таким образом КТ растворяли в 1 мл хлороформа с обеспечением концентрации КТ 4⋅10 М. Затем в реакционный сосуд с магнитной мешалкой добавляли полученный раствор КТ в хлороформе и 1 мл раствора полиамидоамина 4-го поколения в метаноле при мольном соотношении КТ:полиамидоамин 1:1200. Реакцию проводили в течение 4 часов при перемешивании при температуре 45 °C. Полученную смесь дважды промывали этилацетатом (4 мл) при центрифугировании при 5000 об/мин в течение 10 мин. Надосадочную жидкость отбирали и осадок растворяли в воде или требуемом буферном растворе.
Осадок полностью растворялся с образованием мутного раствора, что свидетельствует об образовании крупных рассеивающих свет агрегатов вследствие избытка дендримера.
-8
Пример 6. КТ структуры CdSe/CdS/ZnS получали по известной методике (Speranskaya et all. Polymer-coated ﬂuorescent CdSe-based quantum dots for application in immunoassay. Biosensors and Bioelectronics 53. 2014. 225–231). Полученные таким образом КТ растворяли в 1 мл хлороформа с обеспечением концентрации КТ 4⋅10 М. Затем в реакционный сосуд с магнитной мешалкой добавляли полученный раствор КТ в хлороформе и 1 мл раствора полиамидоамина 5-го поколения в метаноле при мольном соотношении КТ:полиамидоамин 1:800. Реакцию проводили в течение 4 часов при перемешивании при температуре 45 °C. Полученную смесь дважды промывали этилацетатом (4 мл) при центрифугировании при 5000 об/мин в течение 10 мин. Надосадочную жидкость отбирали и осадок растворяли в воде или требуемом буферном растворе.
Осадок полностью растворялся с образованием прозрачного раствора без видимых частиц, что свидетельствует об отсутствии крупных агрегатов вследствие избытка дендримера и о его достаточном количестве для гидрофилизации КТ. Полученные частицы имели поверхностный заряд, равный примерно -50 мВ, что свидетельствует о высокой коллоидной стабильности частиц.
Снижение квантового выхода КТ после перевода в водную среду составляло 21%. Квантовый выход КТ после перевода в водную среду составлял 41% (согласно измерениям на приборе для измерения абсолютного квантового выхода Quantaurus QY фирмы Hamamatsu).
-8
Пример 7. КТ структуры CdSe/CdS/ZnS получали по известной методике (Speranskaya et all. Polymer-coated ﬂuorescent CdSe-based quantum dots for application in immunoassay. Biosensors and Bioelectronics 53. 2014. 225–231). Полученные таким образом КТ растворяли в 1 мл хлороформа с обеспечением концентрации КТ 4⋅10 М. Затем в реакционный сосуд с магнитной мешалкой добавляли полученный раствор КТ в хлороформе и 1 мл раствора полиамидоамина 5-го поколения в метаноле при мольном соотношении КТ:полиамидоамин 1:700. Реакцию проводили в течение 4 часов при перемешивании при температуре 45 °C. Полученную смесь дважды промывали этилацетатом (4 мл) при центрифугировании при 5000 об/мин в течение 10 мин. Надосадочную жидкость отбирали и осадок растворяли в воде или требуемом буферном растворе.
Осадок полностью растворялся с образованием прозрачного раствора без видимых частиц, что свидетельствует об отсутствии крупных агрегатов вследствие избытка дендримера и о его достаточном количестве для гидрофилизации КТ. Полученные частицы имели поверхностный заряд, равный примерно -50 мВ, что свидетельствует о высокой коллоидной стабильности частиц.
Снижение квантового выхода КТ после перевода в водную среду составляло 21%. Квантовый выход КТ после перевода в водную среду составлял 41% (согласно измерениям на приборе для измерения абсолютного квантового выхода Quantaurus QY фирмы Hamamatsu).
-8
Пример 8. КТ структуры CdSe/CdS/ZnS получали по известной методике (Speranskaya et all. Polymer-coated ﬂuorescent CdSe-based quantum dots for application in immunoassay. Biosensors and Bioelectronics 53. 2014. 225–231). Полученные таким образом КТ растворяли в 1 мл хлороформа с обеспечением концентрации КТ 4⋅10 М. Затем в реакционный сосуд с магнитной мешалкой добавляли полученный раствор КТ в хлороформе и 1 мл раствора полиамидоамина 5-го поколения в метаноле при мольном соотношении КТ:полиамидоамин 1:900. Реакцию проводили в течение 4 часов при перемешивании при температуре 45 °C. Полученную смесь дважды промывали этилацетатом (4 мл) при центрифугировании при 5000 об/мин в течение 10 мин. Надосадочную жидкость отбирали и осадок растворяли в воде или требуемом буферном растворе.
Осадок полностью растворялся с образованием прозрачного раствора без видимых частиц, что свидетельствует об отсутствии крупных агрегатов вследствие избытка дендримера и о его достаточном количестве для гидрофилизации КТ. Полученные частицы имели поверхностный заряд, равный примерно -50 мВ, что свидетельствует о высокой коллоидной стабильности частиц.
Снижение квантового выхода КТ после перевода в водную среду составляло 21%. Квантовый выход КТ после перевода в водную среду составлял 41% (согласно измерениям на приборе для измерения абсолютного квантового выхода Quantaurus QY фирмы Hamamatsu).
-8
Пример 9. КТ структуры CdSe/CdS/ZnS получали по известной методике (Speranskaya et all. Polymer-coated ﬂuorescent CdSe-based quantum dots for application in immunoassay. Biosensors and Bioelectronics 53. 2014. 225–231). Полученные таким образом КТ растворяли в 1 мл хлороформа с обеспечением концентрации КТ 4⋅10 М. Затем в реакционный сосуд с магнитной мешалкой добавляли полученный раствор КТ в хлороформе и 1 мл раствора полиамидоамина 5-го поколения в метаноле при мольном соотношении КТ:полиамидоамин 1:600. Реакцию проводили в течение 4 часов при перемешивании при температуре 45 °C. Полученную смесь дважды промывали этилацетатом (4 мл) при центрифугировании при 5000 об/мин в течение 10 мин. Надосадочную жидкость отбирали и осадок растворяли в воде или требуемом буферном растворе.
Осадок растворялся не полностью, после добавления избытка воды или буферного раствора наблюдались оседающие КТ, что свидетельствует о недостаточном для стабилизации КТ количестве дендримера.
-8
Пример 10. КТ структуры CdSe/CdS/ZnS получали по известной методике (Speranskaya et all. Polymer-coated ﬂuorescent CdSe-based quantum dots for application in immunoassay. Biosensors and Bioelectronics 53. 2014. 225–231). Полученные таким образом КТ растворяли в 1 мл хлороформа с обеспечением концентрации КТ 4⋅10 М. Затем в реакционный сосуд с магнитной мешалкой добавляли полученный раствор КТ в хлороформе и 1 мл раствора полиамидоамина 5-го поколения в метаноле при мольном соотношении КТ:полиамидоамин 1:1000. Реакцию проводили в течение 4 часов при перемешивании при температуре 45 °C. Полученную смесь дважды промывали этилацетатом (4 мл) при центрифугировании при 5000 об/мин в течение 10 мин. Надосадочную жидкость отбирали и осадок растворяли в воде или требуемом буферном растворе.
Осадок полностью растворялся с образованием мутного раствора, что свидетельствует об образовании крупных рассеивающих свет агрегатов вследствие избытка дендримера.