水溶性CdTe納米棒的制備及在細胞成像中的應用*

劉榮軍，羅志輝，韋慶敏

(玉林師范學院化學與食品科學學院,廣西農產資源化學與深度利用重點實驗室(培育基地),廣西高校桂東南特色農產資源高效利用重點實驗室,廣西　玉林　537000)

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水溶性CdTe納米棒的制備及在細胞成像中的應用*

劉榮軍，羅志輝，韋慶敏

(玉林師范學院化學與食品科學學院,廣西農產資源化學與深度利用重點實驗室(培育基地),廣西高校桂東南特色農產資源高效利用重點實驗室,廣西玉林537000)

以亞碲酸鈉(Na2TeO3)為碲源，半胱氨酸(L-Cys)和巰基乙酸(TGA)為雙修飾劑在水相中快速合成高質量CdTe納米棒。通過紫外可見分光光譜儀、熒光光譜儀、掃描電子顯微等相關方法對產物進行表征。實驗結果表明,所制備的CdTe納米棒具有強的紫外吸收和高熒光特性及均勻的微米級棒狀形貌。更重要的是通過細胞成像發現，尺寸較大的CdTe納米棒主要進入細胞質中，不能進入細胞核。本文的研究顯示：L-Cys/TGA雙修飾CdTe納米棒具有良好的熒光特性和生物相容性，在生物傳感和細胞成像領域具有重要的應用價值。

CdTe納米棒；半胱氨酸；巰基乙酸；細胞成像

半導體金屬量子點或納米棒是一種新興的納米熒光納米材料，與傳統的有機熒光染料相比，這類半導體金屬納米材料具有激發光譜范圍寬、發射光譜窄且峰形好、發射光譜可調、量子產率高等優異的光學特性，在生物醫學領域有望取代各種傳統的有機染料，廣泛應用于生物分子的標記、細胞染色、腫瘤檢測、疾病早期診斷等方面[1-5]。自Nie等首次報道CdSe量子點連接蛋白形成特異性熒光探針用于細胞成像以來，發光量子點作為熒光探針受到廣泛關注[6]．目前，不同功能化的CdTe量子點作為熒光探針細胞成像已有許多研究報道。然而，CdTe納米棒的細胞成像研究還很少見報道。

本文對水溶性CdTe納米棒的制備方法進行了改進，采用可溶性的Na2TeO3取代常用的碲粉，省去了碲前軀體的制備步驟，將實驗從兩步縮減為一步。并用生物相容性更好的半胱氨酸和巰基乙酸同時作為修飾劑和穩定劑，通過快速水熱法合成熒光CdTe納米棒。掃描電鏡照片顯示所得納米材料呈棒狀，分散性好，更重要的是將制備的CdTe納米棒用于肝癌細胞(HepG2.2.15細胞)成像，結果表明納米棒能有效地對細胞進行熒光成像。

1　實　驗

1.1試劑與儀器

CdCl2·2.5H2O(99%)，亞碲酸鈉(99%)，巰基乙酸(98%)，硼氫化鈉(96%)，L-半胱氨酸(99%)，購于國藥上海試劑公司；DAPI購于sigma公司；其它所用試劑均為分析純。實驗所有溶液均用超純水配制。

掃描電子顯微鏡Quanta 250,FEI 捷克儀器有限公司；熒光分光光度計F-2500,日本Hitachi儀器有限公司；雙光束紫外可見分光光度計TU-1901,北京普析通用儀器有限公司；熒光倒置顯微成像系統Nikon,日本尼康公司。

1.2實驗過程

1.2.1CdTe納米棒的制備

在250mL的圓底燒瓶中加入100mL的超純水，然后在劇烈攪拌下分別依次加入17.73 mg的亞碲酸鈉、58.66 mg的氯化鎘結晶水合物、20 μL巰基乙酸、100 mg的L-半胱氨酸和100 mg的硼氫化鈉，然后當溶液顏色變綠，再加熱到100℃冷凝回流40 min后讓其冷卻至室溫，在冷卻的溶液中再加入300 mg 的L-半胱氨酸并在70℃下回流30 min，此時生成CdTe納米棒溶液。整個反應過程在大氣條件下進行，無需通氮氣保護。

1.2.2CdTe納米棒的紫外吸收光譜和熒光光譜的測定

以超純水作為參比液，在1mL比色皿中加入CdTe納米棒溶液，測定紫外-可見光光譜。在1mL熒光比色皿中加入CdTe納米棒溶液，室溫于激發波長λex=370 nm，測定熒光發射光譜。

1.2.3細胞成像

取一定懸浮HepG 2.2.15細胞到離心管中，低速離心，取出上層澄清液，加PBS后用移液搶小心吹打，再離心，反復2次后，取HepG2.2.15細胞液均勻的鋪在載玻片，放置在室溫下晾干，然后加4%的多聚甲醛固定15 min后PBS沖洗3次，加一定量CdTe納米棒放入冰箱孵化5 h后，PBS沖洗干凈后顯微成像。

2　結果與討論

2.1CdTe納米棒的光學性能表征

圖1　CdTe納米棒在室溫下的可見吸收光譜圖

按照上述方法我們成功合成了以L-Cys和TGA修飾的CdTe納米棒。通過改變修飾劑的含量、配比以及調控反應時間，可以得到一系列從綠到紅的熒光納米棒。紫外-可見吸收光譜是納米粒子重要的表征手段，它可以看出納米材料在溶液的分散情況。圖1是反應回流1 h后所制備的納米棒的紫外-可見吸收光譜。從圖中我們可以看出所制備的納米棒有一個很強的吸收峰，峰值約為400 nm。此吸收峰說明納米棒結晶較好，尺寸分布較均勻。

對于熒光納米材料，發光性質是非常重要的。如果發光效率非常低,就不能很好的進行下一步光學性質的應用。圖2是CdTe納米棒溶液在370 nm激發下獲得的熒光發射光譜圖，從圖2中我們可以看出CdTe納米棒熒光發射峰的峰值為620 nm，半峰寬不是很寬且熒光峰的對稱性較好，這說明在制備過程中使用兩種穩定劑L-Cys和TGA能很好的鈍化納米棒的表面缺陷[7]，能提高納米棒的發光效率。

圖2　CdTe納米棒的熒光發射光譜圖

2.2CdTe納米棒的形貌表征

圖3　CdTe納米棒的掃描電鏡照片

材料的形貌可以通過掃描電子顯微鏡或透射電子顯微鏡來進行表征。在這里，我們使用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察CdTe納米棒的形貌、尺寸及分布。圖3是發射峰位為620 nm的CdTe納米棒掃描電子顯微鏡圖片。從圖3中可以看出納米棒分散均勻，棒長約為1μM，直徑約為15 nm。這說明通過雙穩定劑可以很好的控制CdTe納米棒生長，同時，反應溫度和回流時間也可能會對棒的形貌有影響。

2.3CdTe納米棒用于細胞成像

圖4　CdTe納米棒的細胞成像圖

圖4為CdTe納米棒與HepG 2.2.15肝癌細胞共同孵育5 h后的熒光顯微圖像。從圖4中可以看出，CdTe納米棒與肝癌細胞共同孵育5 h后，CdTe納米棒大部分進入到細胞質中，我們推測CdTe納米棒應該是先被吸附在細胞膜上，然后逐漸進入細胞質，在細胞內均勻分布開來，從而使整個細胞呈現出紅色的熒光，這與細胞核藍色熒光(DAPI染色)形成明顯的對比。仔細觀察還可以發現，部分CdTe納米棒還處在被吸附在細胞膜上，這可能是尺寸較大的納米棒不容易進入細胞質。從上述實驗結果可以得出熒光CdTe納米棒熒光性質穩定，是適合用于細胞標記或成像的。

3　結　論

通過簡單的方法制備半胱氨酸(L-Cys)和巰基乙酸(TGA)穩定的水溶性CdTe納米棒。此雙穩定劑修飾的CdTe納米棒不僅具有好的光學性能，在形貌上也具有好的分散性，好的均勻性。更重要的通過細胞成像顯示CdTe納米棒可以作為一種新型熒光納米材料應用于生物傳感和細胞成像方面的研究。

[1]Zhong X,Han M,Dong Z,et al.Composition-Tunable ZnxCd1-xSe Nanocrystals with High Luminescence and Stability [J].J.Am.Chem.Soc.,2003,125:8589-8594.

[2]Michalet X,Pinaud F F,Bentolila L A,et al.Quantum Dots for Live Cells,in Vivo Imaging,and Diagnostics[J].Science,2005,307:538-544.

[3]Gao X H,Cui Y Y,Levenson R M,et al.In vivo cancer targeting and imaging with semiconductor quantum dots [J].Nat.Biotechnol.,2004,22:969-976.

[4]Peng Z A,Peng X.Formation of High-Quality CdTe,CdSe,and CdS Nanocrystals Using CdO as Precursor [J].J.Am.Chem.Soc.,2001,123:183-184.

[5]Xie R,Kolb U,Li J,et al.Synthesis and characterization of highly luminescent CdSe-core CdS/Zn0.5Cd0.5S/ZnS Multishell nanocrystals [J].J.Am.Chem.Soc.,2005,127:7480-7488.

[6]Chan W C W,Nie S M.Quantum Dot Bioconjugates for Ultrasensitive Nonisotopic Detection [J].Science,1998,281:2016-2018.

[7]Rogach A L,Kornowski A,Gao M Y,et al.Synthesis and Characterization of a Size Series of Extremely Small Thiol-Stabilized CdSe Nanocrystals [J].J.Phys.Chem.B,1999,103:3065-3069.

Preparation of Water-soluble CdTe Nanorods and Application in Cell Imaging*

LIU Rong-jun,LUO Zhi-hui,WEI Qing-min

(Guangxi Key Laboratory of Agricultural Resources Chemistry and Efficient Utilozation (Cultivation Base),Colleges and Universities Key Laboratory for Efficient Use of Agricultural Resources in the Southeast of Guangxi,College of Chemistry and Food Science,Yulin Normal University,Guangxi Yulin 537000,China)

High-quality CdTe nanorods were rapidly synthesized in aqueous phase using Na2TeO3as tellurium source and two stabilizers (L-Cys and TGA).Different technologies including UV-Vis spectra,fluorescence spectra and scanning electron microscopy (SEM) were employed to characterize the prepared CdTe nanorods.The CdTe nanorods capped with two stabilizers exhibited a high uniformity in diameter and excellent fluorescence properties.Further study of imaging cell with the as prepared CdTe nanorods indicated that the L-Cys-TGA-CdTe nanorods can enter the cytoplasma of HepG2.2.15 cells.However,the nanorods could not enter the nucleus.The resultant CdTe nanorods have superior fluorescence properties and biocompatibility,which can serve as a powerful fluorescent probe for biosensing and cell imaging.

CdTe nanorods; L-cysteine(L-Cys); thioglycolic acid (TGA); cell imaging

玉林師范學院校級青年科研項目(No：2011YJQN07);廣西高校科學技術研究項目(KY2015LX302)。

劉榮軍，碩士，實驗師，研究方向：熒光納米材料。

O657.3

A

1001-9677(2016)011-0078-03