第 349 期

研究發展
利用特殊離子對結合微波反應合成高發光效率的金量子點做為生物影像的應用
NHRI researcher utilizes enhanced quantum yield of dendrimer-entrapped gold nanodots by a specific ion-pair association and microwave irradiation for bioimaging

由本院奈米醫學中心林淑宜助研究員主導，由國科會與本院贊助的研究計畫，發現以樹狀聚合物PAMAM（Polyamidoamine）包埋的金量子點經由特殊離子對的結合作用，在微波照射後能夠使其量子效率提升，有效地被應用在生物影像的觀測。此研究成果已於今年發表在國際期刊Chemical Communications 2010, 46, 2626-2628。（影響指數 = 5.340）

由數個到數十個金原子所構成的金量子點，具有類似半導體量子點的放光（photoluminescence）特性，對生物體有很好的相容性與低細胞毒性，是一種非常有潛力可應用於化學及生物領域的新興材料；然而，金量子點的尺寸控制相當不易，同時也影響著其放光的效益。目前已有文獻報導以巨大分子，如樹狀聚合物PAMAM作為模板，達到有效限制金量子點的成長；這類聚合物含有奈米級規模與規則的結構，由內部的核層與外部的殼層所組成。內部的核層含有大量的四級氨官能基，能夠捕捉金屬離子進而形成奈米粒子或量子點；外部的殼層所覆蓋的官能基團，能與特定的分子進行鍵結，在生物應用上達到標靶的效果。儘管PAMAM適合做為合成金量子點的模板，但這類的反應過程需要嚴峻的條件與消耗長時間才能完成，導致反應的再現性不佳且得到低量子效率的金量子點。



為了克服目前以樹狀聚合物PAMAM包埋的金量子點所遇到的問題，林博士實驗室發展出新穎且容易執行的合成策略。將特定的陰離子（counterion AuX4-，X = 氯離子或溴離子）引入聚合物的內層，由pH值調控其內層環境的極性，在微波照射30分鐘內完成反應，合成出高量子效率的金量子點。此研究探討第四代的樹狀聚合物，其外層的末端官能基為烴基與氨基（G4OH、 G4NH2）；當pH值低於5，聚合物G4NH2相較於G4OH具有親水性（hydrophilic）的內層環境。在此條件下，G4NH2內層與外層的氨基皆被質子化而誘發靜電排斥力（electrostatic repulsion force），使得分子內層極性增加（hydrophilicity）；反之，G4OH不會發生氨基質子化，仍然是較低極性的內層環境（hydrophobicity）。

作為金量子點前驅物的金鹽有兩種，各帶有不同的鹵素離子（AuCl4-、AuBr4-），溴酸金鹽AuBr4-相對於氯酸金鹽AuCl4-具有較大的萃取常數（extractability constant, from water to organic solvent），其疏水性較佳。兩種金鹽分別與不同極性的聚合物混合後，得到4種不同的離子對（如圖一）；其中親水性的金鹽AuCl4-與內層環境極性較高的G4NH2所形成的pair-2，及疏水性的金鹽AuBr4-與內層環境極性較低的G4OH所形成的pair-3具有強離子對結合作用，在微波照射30分鐘後，能夠得到高量子效率的金量子點。



高量子效率的金量子點可應用在生物影像上的觀測，相較於傳統的有機染劑在短時間內經雷射光照射有光漂白（photobleaching）的現象，金量子點的發光強度在觀測時間內則沒有明顯的衰退（如圖二所示）。因此，金量子點十分有潛力作為生物追蹤劑，進行細胞內標靶與影像觀測的實驗。
《文/圖：奈米醫學中心林淑宜助研究員》