近年来，近红外二区（NIR-II）荧光材料被广泛应用于深层生物组织成像，其具有分辨率高、成像深度大、信噪比高等优点。在已报道的多种NIR-II荧光探针中，硫化铅（PbS）量子点具有远高于其他材料的荧光量子产率（PLQY），已成功实现快速体内成像。迄今为止，单分散PbS量子点通常在有机相中合成，这不利于材料的宏量制备和生物应用。然而，直接在水相中合成的PbS量子点的尺寸单分散性较差，严重降低了其荧光量子产率。此外，传统方法合成的水溶性PbS量子点的光学性质通常不够稳定。 近日，复旦大学唐云和张凡课题组合作，基于前期在双金属簇合成量子点的积累（J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 16177）提出了一种新的策略：利用双金属簇在分子层面“束缚”Cd2+与Pb2+离子，直接在水相中共沉淀合成Pb1-xCdxS三元量子点，既保持PbS量子点的高量子产率，又借助Cd2+与巯基结合能力强、难被氧化的特点，提高材料化学稳定性和光学稳定性。该材料已成功实现低功率密度（10 mW/cm2）激光照射下活体淋巴成像、血管成像以及双通道荧光成像。
首先，Pb1-xCdxS三元量子点的合成方法非常简单：预先合成的Pb4-nCdnO4立方烷结构簇作为构筑单元、谷胱甘肽作为配体，两者在碱性水溶液中与硫化钠发生共沉淀反应即可制备。产物尺寸高度均一，粒径分布为4.0 ± 0.2 nm（分散度δ ≤ 5%）。透射电镜（TEM）照片显示：产物呈现类超晶格形式排列，这是目前少有的、水相合成的、颗粒尺寸高度均一的PbS系量子点。该Pb1-xCdxS三元量子点发射1100 nm的NIR-II荧光，荧光量子产率可达17.72%，同样优于目前水相合成的其他PbS系量子点。 其次，相较于传统水溶性PbS量子点，水相合成的Pb1-xCdxS三元量子点化学稳定性和光学稳定性都显著提升：在4 °C下，以胶体形式存放15天，仍能保持初始量子产率的90.9%；以粉末形式存储5个月，重新分散于水溶液中，荧光无变化。稳定性大幅增加的原因为，引入Cd2+后，增强了量子点表面金属离子与配体谷胱甘肽的结合能力，降低了Pb2+被氧化的机率。 另外，通过向反应体系中添加氯化钠，可以调节Pb1-xCdxS三元量子点的颗粒尺寸，从而获得荧光为1100 nm和1300 nm的两种量子点。凭借较高的荧光量子产率，两种量子点均适用于低功率密度（10 mW/cm2）激光照射下的活体淋巴成像、血管成像以及双通道荧光成像。 更为重要的是，双金属簇水相共沉淀方法具有很好的普适性，未来可以制备更多具有优异性能的多元量子点材料。 论文信息 Stable Monodisperse Pb1-xCdxS Quantum Dots for NIR-II Bioimaging by Aqueous Coprecipitation of Bimetallic Clusters Dr. Hui Zhang, Dr. Caixia Sun, Libo Sun, Wenhao Xu, Wenxiao Wu, Jie Chen, Binhang Wang, Dr. Junlai Yu, Dr. Pengfei Cui, Prof. Fan Zhang, Prof. Yun Tang Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202203851
