水溶性CdTe纳米棒的制备及在细胞成像中的应用*

刘荣军，罗志辉，韦庆敏

(玉林师范学院化学与食品科学学院,广西农产资源化学与深度利用重点实验室(培育基地),广西高校桂东南特色农产资源高效利用重点实验室,广西　玉林　537000)



水溶性CdTe纳米棒的制备及在细胞成像中的应用*

刘荣军，罗志辉，韦庆敏

(玉林师范学院化学与食品科学学院,广西农产资源化学与深度利用重点实验室(培育基地),广西高校桂东南特色农产资源高效利用重点实验室,广西玉林537000)

以亚碲酸钠(Na2TeO3)为碲源，半胱氨酸(L-Cys)和巯基乙酸(TGA)为双修饰剂在水相中快速合成高质量CdTe纳米棒。通过紫外可见分光光谱仪、荧光光谱仪、扫描电子显微等相关方法对产物进行表征。实验结果表明,所制备的CdTe纳米棒具有强的紫外吸收和高荧光特性及均匀的微米级棒状形貌。更重要的是通过细胞成像发现，尺寸较大的CdTe纳米棒主要进入细胞质中，不能进入细胞核。本文的研究显示：L-Cys/TGA双修饰CdTe纳米棒具有良好的荧光特性和生物相容性，在生物传感和细胞成像领域具有重要的应用价值。

CdTe纳米棒；半胱氨酸；巯基乙酸；细胞成像

半导体金属量子点或纳米棒是一种新兴的纳米荧光纳米材料，与传统的有机荧光染料相比，这类半导体金属纳米材料具有激发光谱范围宽、发射光谱窄且峰形好、发射光谱可调、量子产率高等优异的光学特性，在生物医学领域有望取代各种传统的有机染料，广泛应用于生物分子的标记、细胞染色、肿瘤检测、疾病早期诊断等方面[1-5]。自Nie等首次报道CdSe量子点连接蛋白形成特异性荧光探针用于细胞成像以来，发光量子点作为荧光探针受到广泛关注[6]．目前，不同功能化的CdTe量子点作为荧光探针细胞成像已有许多研究报道。然而，CdTe纳米棒的细胞成像研究还很少见报道。

本文对水溶性CdTe纳米棒的制备方法进行了改进，采用可溶性的Na2TeO3取代常用的碲粉，省去了碲前躯体的制备步骤，将实验从两步缩减为一步。并用生物相容性更好的半胱氨酸和巯基乙酸同时作为修饰剂和稳定剂，通过快速水热法合成荧光CdTe纳米棒。扫描电镜照片显示所得纳米材料呈棒状，分散性好，更重要的是将制备的CdTe纳米棒用于肝癌细胞(HepG2.2.15细胞)成像，结果表明纳米棒能有效地对细胞进行荧光成像。

1　实　验

1.1试剂与仪器

CdCl2·2.5H2O(99%)，亚碲酸钠(99%)，巯基乙酸(98%)，硼氢化钠(96%)，L-半胱氨酸(99%)，购于国药上海试剂公司；DAPI购于sigma公司；其它所用试剂均为分析纯。实验所有溶液均用超纯水配制。

扫描电子显微镜Quanta 250,FEI 捷克仪器有限公司；荧光分光光度计F-2500,日本Hitachi仪器有限公司；双光束紫外可见分光光度计TU-1901,北京普析通用仪器有限公司；荧光倒置显微成像系统Nikon,日本尼康公司。

1.2实验过程

1.2.1CdTe纳米棒的制备

在250mL的圆底烧瓶中加入100mL的超纯水，然后在剧烈搅拌下分别依次加入17.73 mg的亚碲酸钠、58.66 mg的氯化镉结晶水合物、20 μL巯基乙酸、100 mg的L-半胱氨酸和100 mg的硼氢化钠，然后当溶液颜色变绿，再加热到100℃冷凝回流40 min后让其冷却至室温，在冷却的溶液中再加入300 mg 的L-半胱氨酸并在70℃下回流30 min，此时生成CdTe纳米棒溶液。整个反应过程在大气条件下进行，无需通氮气保护。

1.2.2CdTe纳米棒的紫外吸收光谱和荧光光谱的测定

以超纯水作为参比液，在1mL比色皿中加入CdTe纳米棒溶液，测定紫外-可见光光谱。在1mL荧光比色皿中加入CdTe纳米棒溶液，室温于激发波长λex=370 nm，测定荧光发射光谱。

1.2.3细胞成像

取一定悬浮HepG 2.2.15细胞到离心管中，低速离心，取出上层澄清液，加PBS后用移液抢小心吹打，再离心，反复2次后，取HepG2.2.15细胞液均匀的铺在载玻片，放置在室温下晾干，然后加4%的多聚甲醛固定15 min后PBS冲洗3次，加一定量CdTe纳米棒放入冰箱孵化5 h后，PBS冲洗干净后显微成像。

2　结果与讨论

2.1CdTe纳米棒的光学性能表征

图1　CdTe纳米棒在室温下的可见吸收光谱图

按照上述方法我们成功合成了以L-Cys和TGA修饰的CdTe纳米棒。通过改变修饰剂的含量、配比以及调控反应时间，可以得到一系列从绿到红的荧光纳米棒。紫外-可见吸收光谱是纳米粒子重要的表征手段，它可以看出纳米材料在溶液的分散情况。图1是反应回流1 h后所制备的纳米棒的紫外-可见吸收光谱。从图中我们可以看出所制备的纳米棒有一个很强的吸收峰，峰值约为400 nm。此吸收峰说明纳米棒结晶较好，尺寸分布较均匀。

对于荧光纳米材料，发光性质是非常重要的。如果发光效率非常低,就不能很好的进行下一步光学性质的应用。图2是CdTe纳米棒溶液在370 nm激发下获得的荧光发射光谱图，从图2中我们可以看出CdTe纳米棒荧光发射峰的峰值为620 nm，半峰宽不是很宽且荧光峰的对称性较好，这说明在制备过程中使用两种稳定剂L-Cys和TGA能很好的钝化纳米棒的表面缺陷[7]，能提高纳米棒的发光效率。

图2　CdTe纳米棒的荧光发射光谱图

2.2CdTe纳米棒的形貌表征

图3　CdTe纳米棒的扫描电镜照片

材料的形貌可以通过扫描电子显微镜或透射电子显微镜来进行表征。在这里，我们使用扫描电子显微镜(SEM)观察CdTe纳米棒的形貌、尺寸及分布。图3是发射峰位为620 nm的CdTe纳米棒扫描电子显微镜图片。从图3中可以看出纳米棒分散均匀，棒长约为1μM，直径约为15 nm。这说明通过双稳定剂可以很好的控制CdTe纳米棒生长，同时，反应温度和回流时间也可能会对棒的形貌有影响。

2.3CdTe纳米棒用于细胞成像

图4　CdTe纳米棒的细胞成像图

图4为CdTe纳米棒与HepG 2.2.15肝癌细胞共同孵育5 h后的荧光显微图像。从图4中可以看出，CdTe纳米棒与肝癌细胞共同孵育5 h后，CdTe纳米棒大部分进入到细胞质中，我们推测CdTe纳米棒应该是先被吸附在细胞膜上，然后逐渐进入细胞质，在细胞内均匀分布开来，从而使整个细胞呈现出红色的荧光，这与细胞核蓝色荧光(DAPI染色)形成明显的对比。仔细观察还可以发现，部分CdTe纳米棒还处在被吸附在细胞膜上，这可能是尺寸较大的纳米棒不容易进入细胞质。从上述实验结果可以得出荧光CdTe纳米棒荧光性质稳定，是适合用于细胞标记或成像的。

3　结　论

通过简单的方法制备半胱氨酸(L-Cys)和巯基乙酸(TGA)稳定的水溶性CdTe纳米棒。此双稳定剂修饰的CdTe纳米棒不仅具有好的光学性能，在形貌上也具有好的分散性，好的均匀性。更重要的通过细胞成像显示CdTe纳米棒可以作为一种新型荧光纳米材料应用于生物传感和细胞成像方面的研究。

[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

玉林师范学院校级青年科研项目(No：2011YJQN07);广西高校科学技术研究项目(KY2015LX302)。

刘荣军，硕士，实验师，研究方向：荧光纳米材料。

O657.3

A

1001-9677(2016)011-0078-03