一、结构与设计原理

1. 三层分层结构

1. 内核：CdSeTe 三元合金

   CdSe 与 CdTe 无限固溶形成合金核，通过调控Se/Te 摩尔比连续裁剪禁带宽度，实现发光从绿光 520 nm— 近红外 850 nm全覆盖，弥补单一 CdSe（蓝绿）、CdTe（红光）波段断层缺陷。

2. 无机钝化壳：ZnS 薄层（2–5 原子层）

   ZnS 宽带隙（Eg=3.7 eV），相比 CdSeTe（1.8–2.5 eV）形成TypeⅠ 限域结构：

• 钝化核表面悬空键，大幅减少非辐射复合，提升荧光量子产率；

• 隔绝水、氧、缓冲离子侵蚀内核，抑制 Cd²⁺泄露，降低生物毒性；

• 缓冲 CdSeTe 与 ZnS 晶格失配，避免壳层缺陷开裂。

1. 亲水表面配体层（实现水溶性核心）

   巯基小分子：巯基丙酸 MPA、巯基乙酸 TGA、谷胱甘肽 GSH（末端 - COOH/-NH₂，可偶联抗体 / 核酸）；

高分子：PEG-SH、PEI、两亲性聚合物、BSA 蛋白包裹；

二、核心光学性能（水相体系）

1. 波长连续可调

   Se 占比高→绿光 / 黄光（500–620 nm）；Te 占比提升→红光 / 近红外（630–850 nm），适配生物近红外成像窗口（650–900 nm，组织自发荧光弱、穿透深）。

2. 高单色性

   发射半高宽 FWHM＜35–40 nm，远优于有机荧光染料，多通道标记无串色。

3. 量子产率 PLQY

   可见光区：70%–85%；近红外区：40%–65%（单层 ZnS 壳）；双层 CdS/ZnS 壳可提升至 70% 以上。

4. 光稳定性

   ZnS 壳阻断光氧化，抗光漂白能力远超 FITC、Cy3 等有机染料，可长时间激光共聚焦观测。

5. 吸收特征

   宽连续带边吸收，紫外–蓝光（365/405/488 nm）均可激发，多仪器通用。

三、两种主流制备路线

路线 1：油相合成 + 配体交换（高性能主流方案）

1. 高温有机相合成单分散 CdSeTe 合金核；

2. 低温缓慢生长 ZnS 钝化壳，得到油溶性 CdSeTe/ZnS；

3. 乙醇沉淀去除疏水配体，与 MPA/PEG-SH 发生巯基置换，转移至水相；

   优势：粒径均一、荧光高、批次稳定；缺点：步骤多、成本偏高。

路线 2：一步水相回流（低成本简易路线）

四、优势对比（CdSeTe/ZnS vs CdSe/ZnS、CdTe/ZnS）

五、主要应用场景（水溶性适配生物 / 水相检测）

1. 生物荧光成像（最核心用途）

• 细胞内示踪：羧基 / 氨基配体偶联抗体、多肽，肿瘤细胞、细胞器靶向标记；

• 活体近红外成像：700–820 nm 发射，皮下 / 肿瘤深层组织成像，信噪比高；

• 多色免疫荧光：多波长量子点共染，同时区分多种蛋白标志物。

2. 荧光生物传感器

• 离子检测：重金属、pH、活性氧荧光探针；

• 生化检测：葡萄糖、维生素、肿瘤抗原免疫层析试纸；

• 电致化学发光 ECL 探针，超灵敏免疫分析。

3. 生物偶联与诊断试剂

4. 环境水相光学检测

水体污染物、小分子荧光传感，水溶液中长期稳定不团聚。

油溶性 CdSeTe/ZnS 量子点配体交换制备水溶性产物（MPA 巯基丙酸法）

一、试剂与耗材

1. 原料

• 油相 CdSeTe/ZnS 量子点储备液（分散于正己烷 / 甲苯，浓度 10–20 μM）

• 3 - 巯基丙酸 MPA（99%，避光保存）

• 四丁基氢氧化铵 TBAOH（40% 甲醇溶液，调相转移 pH）

• 无水甲醇、无水乙醇、氯仿、超纯水

• 透析袋：截留分子量 MWCO 3500 Da

• 缓冲液：0.01 M PBS pH 7.4

2. 仪器

二、完整操作步骤

步骤 1：量子点沉淀提纯（去除游离油酸、TOPO 杂质）

1. 取 2 mL 油相 CdSeTe/ZnS 甲苯溶液置于离心管；

2. 加入 6 mL 无水乙醇，涡旋 3 min，8000 r/min 离心 8 min；

3. 弃上层清液，底部橙红 / 黑色沉淀为纯 CdSeTe/ZnS 固体；

4. 少量甲苯重溶沉淀（1 mL 以内）备用。

步骤 2：MPA 配体交换母液配制

1. 量取 200 μL MPA + 2 mL 超纯水混合；

2. 冰浴下逐滴滴加 40% TBAOH 甲醇溶液，搅拌调节 pH 至 10.5–11.0；

原理：碱性环境下 MPA 巯基脱质子，提升与 ZnS 壳表面金属位点结合能力。

步骤 3：两相配体交换反应（核心步骤，全程避光）

1. 将重溶后的量子点甲苯液转移至避光反应瓶；

2. 按体积比甲苯：MPA 水溶液 = 1:2 加入上述碱性 MPA 母液；

3. 室温避光磁力搅拌 4–6 h（近红外 CdSeTe/ZnS 建议搅拌 6 h，保证壳层充分置换）；

   现象判断：上层有机相由亮色变透明，下层水相变为对应量子点荧光色，代表相转移完成。

步骤 4：分离有机相，粗纯化水溶性 QD

1. 混合液转移分液漏斗，静置分层；

2. 收集下层水相，舍弃上层无色甲苯；

3. 向收集的水相加入 3 倍体积无水乙醇，涡旋混匀，8000 rpm 离心 10 min；

4. 弃上清，沉淀用少量超纯水重溶，得到粗水溶性 CdSeTe/ZnS。

步骤 5：透析深度除杂（去除游离 MPA、TBA 盐离子）

1. 将粗 QD 水溶液装入 MWCO 3500 透析袋；

2. 透析外液为超纯水，4 ℃避光透析；

3. 每 4 h 更换一次纯水，连续透析 24 h；

4. 透析终点判定：取少量外液检测无荧光，无游离巯基残留。

步骤 6：缓冲液置换与定容保存

1. 透析完成后，将袋内量子点溶液浓缩（旋转蒸发 / 超滤管浓缩）；

2. 替换至 0.01 M PBS pH7.4；

3. 紫外分光光度计测第一激子吸收峰，定量浓度；

4. 4 ℃避光冷藏，禁止冷冻。

三、关键工艺控制要点（防止荧光猝灭、团聚）

1. pH 严格控制 10.5–11

   pH 过低：MPA 质子化，结合力弱，相转移不全；

   pH＞11.5：ZnS 壳层腐蚀，Cd²⁺释放，量子产率暴跌。

2. 全程避光、低温

   CdSeTe 合金核极易光氧化，强光长时间搅拌会大幅降低荧光。

3. 配体用量过量

   MPA 与 QD 摩尔比建议≥5000:1，过量巯基置换表面疏水配体，提升水相稳定性。

4. 离心沉淀不要过度干燥

   沉淀干透会不可逆团聚，重溶后荧光无法恢复。

四、产物表征指标（交换后自检）

1. 荧光量子产率 PLQY

   可见光波段：交换后保留原油相 70% 以上；近红外 680–820 nm 保留 55% 以上；

   若骤降，说明 ZnS 壳被腐蚀，需降低体系碱性、缩短搅拌时间。

2. 水合粒径 DLS

   交换前油相 TEM 粒径 3–8 nm；

   MPA 修饰后水合粒径 7–14 nm，无大团聚峰；出现数百 nm 峰代表团聚失败。

3. Zeta 电位

   羧基 MPA 修饰，pH7.4 PBS 中 ζ 电位 -25 ~ -40 mV，绝对值越高水相稳定性越好。

4. 稳定性测试

   PBS、10% 胎牛血清中静置 24 h 无沉淀、荧光强度无明显衰减。

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 配体交换（高盐、血清稳定）

1. 沉淀后的 QD 用氯仿重溶；

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

3. 两相搅拌过夜，后续离心透析流程不变；

   优势：高盐缓冲液、血清中不团聚，适合活体成像。

六、常见问题与解决办法

1. 两相搅拌后仍全部留在有机相，无法转移

• MPA 量不足；pH 偏低；搅拌时间不足；补加 TBAOH 提高 pH，延长搅拌 2 h。

1. 转移至水相后荧光大幅下降

• pH 过高腐蚀 ZnS 壳；缩短反应时间，降低体系 pH；全程避光冰浴反应。

1. 透析后出现白色絮状沉淀

• 游离金属离子与 MPA 配位沉淀；延长透析时间，减少配体过量比例。

1. PBS 中快速团聚

• 表面羧基覆盖不足；二次补加少量 MPA 搅拌 1 h 重新透析。