專(zhuān)利名稱(chēng)：一種熒光微球制備方法、熒光微球及其水分散體系的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熒光微球制備方法、熒光微球及其水分散體系，更具體地說(shuō)，涉及一種在水中可穩(wěn)定分散的，同時(shí)具有生物相容性的聚合物/無(wú)機(jī)納米微粒復(fù)合熒光微球的制備方法，和利用該方法制備的熒光微球及其水分散體系。
背景技術(shù)：
與傳統(tǒng)的有機(jī)染料相比，半導(dǎo)體納米微粒的熒光性質(zhì)具有諸多優(yōu)點(diǎn)，如寬的激發(fā)光譜、熒光較吸收有大的斯托克斯(Stokes)位移、對(duì)稱(chēng)的熒光發(fā)射特征、高的熒光穩(wěn)定性以及熒光發(fā)射對(duì)微粒尺寸的依賴(lài)性等，熒光半導(dǎo)體納米微粒這些獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)使其作為生物熒光標(biāo)記材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中體現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景，尤其是在高通量的生物分析和檢測(cè)中。將無(wú)機(jī)納米微粒的熒光性質(zhì)用于生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)中的一種典型的方法是將熒光納米微粒復(fù)合到尺寸介于幾十和幾百納米之間的其它材料中形成熒光微球。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是一方面通過(guò)與其它材料的復(fù)合可以有效地提高微粒熒光的化學(xué)環(huán)境適應(yīng)性；另一方面，將不同尺寸的熒光納米微粒集成到同一微球中還可以容易地得到具有不同熒光特征的熒光微球，這就大大地簡(jiǎn)化了可以作為熒光標(biāo)記材料的熒光微球的制備過(guò)程。迄今為止，將熒光納米微粒與其它材料復(fù)合制備熒光微球的方法大致可以分為以下幾種1，通過(guò)水解有機(jī)硅氧烷的方法，原位地將水溶性熒光納米微粒復(fù)合到二氧化硅中，得到熒光微球。A.L. Rogach等(Chem.Mater.，2000，12，2676)報(bào)道了復(fù)合有CdTe和CdSe/CdS納米微粒的，尺寸介于40-80納米之間的二氧化硅微球，但上述微球的制備過(guò)程往往導(dǎo)致納米微粒的熒光效率的降低。2，將熒光納米微粒復(fù)合到具有反應(yīng)活性的表面活性劑分子所形成的膠束結(jié)構(gòu)中，然后通過(guò)膠束分子的進(jìn)一步反應(yīng)將熒光納米微粒固定在膠束結(jié)構(gòu)中形成熒光微球。Y.F.Chen等(NanoLetter，2002，2，1299)利用帶有機(jī)硅氧烷頭基的季銨鹽表面活性劑分子在水中形成膠束，將油溶性的CdSe納米微粒包覆在膠束中，然后水解有機(jī)硅氧烷在膠束表面形成二氧化硅薄層以穩(wěn)定復(fù)合有熒光納米微粒膠束。這種方法制備的熒光膠束直徑介于50納米至130納米之間。很顯然這種方法存在的缺點(diǎn)是有機(jī)硅氧烷的水解不易控制，而且水解過(guò)程中相鄰膠束上硅醇鍵間的縮合可非常大的尺寸分布，同時(shí)所得到的熒光膠束結(jié)構(gòu)的形狀也不規(guī)則。3，利用層狀靜電自組裝方法制備復(fù)合有熒光納米微粒的熒光微球。H.Moehwald(Adv.Mater.2001，13(22)，1684)和他的研究組最早報(bào)道了這種熒光微球的制備方法。該方法主要利用無(wú)機(jī)或有機(jī)的膠體球作為成膜模板，通過(guò)在其表面的靜電吸附，可以將無(wú)機(jī)熒光納米微粒以交替的方式與不同種類(lèi)的聚電解質(zhì)組裝成膜。但利用該方法制備熒光微球步驟繁多，過(guò)程復(fù)雜，不利于規(guī)?；a(chǎn)。4，最近，Y.F.Chen等(NanoLetter，2003，3，581)報(bào)道了一種聚糖苷熒光納米微球的制備，微球是利用具有CdSe/ZnS核殼結(jié)構(gòu)的熒光納米微粒和聚電解質(zhì)以及功能化的多糖分子之間靜電相互作用形成的，具體步驟如下首先，通過(guò)TOP/TOPO法制備油溶性的具有核殼結(jié)構(gòu)的CdSe/ZnS納米微粒，即采用三烷基磷氧化物(如TOPO，trioctylphosphine oxide)作為穩(wěn)定劑，三烷基磷(如TOP，trioctyphosphine)作為溶劑在高溫(~300℃)下合成熒光CdSe/ZnS納米微粒。利用TOP/TOPO方法制備熒光納米微粒，反應(yīng)條件苛刻，實(shí)驗(yàn)操作具有非常高的危險(xiǎn)性，尤其是作為鎘源的金屬有機(jī)化合物具有非常大的毒性；其次，利用上述方法制備熒光微球的過(guò)程需要進(jìn)一步利用巰基化合物(如巰基乙酸)對(duì)CdSe/ZnS微粒表面的TOPO進(jìn)行置換使微粒表面帶有負(fù)電性，同時(shí)使微粒體現(xiàn)出高的水溶性，盡管巰基乙酸本身不會(huì)影響熒光納米微粒的熒光效率，但該多步驟處理過(guò)程勢(shì)必導(dǎo)致熒光效率降低。另外，該報(bào)道中微球的粒徑不均勻。5，利用吸附方法將熒光納米微粒復(fù)合到SiO2多孔微球中。采用疏水性長(zhǎng)鏈烷基化合物修飾SiO2多孔材料的孔道內(nèi)壁，通過(guò)修飾在CdSe/ZnS熒光納米微粒表面的TOPO和孔道表面間的疏水作用，快速準(zhǔn)確地將熒光微粒裝入SiO2多孔孔道中形成高熒光亮度的微球(S.M.Nie等J.Phys.Chem.B，2003，107，11575)。這種方法雖然簡(jiǎn)捷方便，但所選擇的具有高比表面積的多孔SiO2基體材料可能會(huì)對(duì)生物分子產(chǎn)生非特異性吸附，因此，形成的熒光微球在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用可能會(huì)面臨很多問(wèn)題。6，S.M.Nie等(NatureBiotech.，2001，19，631)報(bào)道了采用上述TOP/TOPO方法合成的油溶性熒光納米微粒與被溶脹了的聚苯乙烯微球在有機(jī)溶劑中復(fù)合形成熒光微球的方法。利用該方法可分別將不同熒光顏色的CdSe/ZnS納米微粒集成到聚苯乙烯微球中得到高亮度的復(fù)合熒光微球，開(kāi)發(fā)了基于熒光納米微粒的復(fù)合熒光微球多元熒光編碼技術(shù)。TOP/TOPO方法在制備熒光納米微粒方面雖然有很多優(yōu)勢(shì)，但也存在很多的問(wèn)題，主要是TOP/TOPO方法的制備過(guò)程比較復(fù)雜，而且對(duì)制備條件要求苛刻。另外，所得到的熒光納米微粒只溶解于有機(jī)溶劑，這在一定程度上限制了上述熒光微粒的用途。如果想把TOP/TOPO方法制備的油溶性納米微粒轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄缘募{米微粒，還需要非常復(fù)雜的過(guò)程。就微球制備來(lái)講，雖然Nie發(fā)明的聚苯乙烯微球溶脹方法簡(jiǎn)單易行，但所得到的微球不具有生物相容性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種在水中可穩(wěn)定分散的，同時(shí)具有生物相容性的聚合物/無(wú)機(jī)納米微粒復(fù)合熒光微球的制備方法，該方法簡(jiǎn)單易行，所得到的微球具有良好的生物相容性。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種具有良好的生物相容性的聚合物/無(wú)機(jī)納米微粒復(fù)合的熒光微球。
本發(fā)明的另外一個(gè)目的是提供上述熒光微球的水分散體系。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的發(fā)明人進(jìn)行了大量深入細(xì)致的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，選擇具有熱敏性能、生物相容性、良好的水分散性能的聚合物，優(yōu)選聚N-異丙基丙烯酰胺(pNIPAM)水凝膠，作為微球的基體，通過(guò)簡(jiǎn)單的混合可以將表面修飾有官能團(tuán)的無(wú)機(jī)熒光納米微粒吸附到球的內(nèi)部，然后通過(guò)誘導(dǎo)相變而牢固地固定在聚合物基體內(nèi)部，從而形成了具有良好的生物相容性的聚合物/無(wú)機(jī)納米微粒復(fù)合的熒光微球。
因此，本發(fā)明的第一方面提供了一種熒光微球的制備方法，包括使熱敏性聚合物微球與表面修飾有官能團(tuán)的水溶性無(wú)機(jī)熒光納米微粒進(jìn)行復(fù)合；
將所得復(fù)合物進(jìn)行誘導(dǎo)相變；將經(jīng)過(guò)誘導(dǎo)相變的復(fù)合物分離，得到熒光微球。
本發(fā)明的第二方面提供了一種熒光微球，包括熱敏性聚合物微球和表面修飾有官能團(tuán)的水溶性無(wú)機(jī)熒光納米微粒的復(fù)合物，所述無(wú)機(jī)熒光納米微粒通過(guò)誘導(dǎo)相變而固定在微球內(nèi)部。
本發(fā)明的第三方面提供了一種熒光微球的水分散體系，包括穩(wěn)定地分散在水中的第二方面所述的熒光微球。
本發(fā)明中，除非另外指明，術(shù)語(yǔ)“熱敏性聚合物”是指經(jīng)過(guò)一定溫度范圍具有明顯的體積相變的聚合物。
除非另外指明，術(shù)語(yǔ)“誘導(dǎo)相變”是指將聚合物水凝膠微球加熱到其相變溫度以上，使之產(chǎn)生體積相變。
術(shù)語(yǔ)“納米微粒”是指平均粒徑為2-10nm的無(wú)機(jī)半導(dǎo)體熒光納米微粒。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是按照熒光微球制備實(shí)施例1制備的pNIPAM-CdTe535的熒光顯微鏡照片；圖2是按照熒光微球制備實(shí)施例1制備的pNIPAM-CdTe560的熒光顯微鏡照片；圖3是按照熒光微球制備實(shí)施例1制備的pNIPAM-CdTe610的熒光顯微鏡照片；圖4是按照熒光微球制備實(shí)施例1制備的三種不同的單一熒光顏色的pNIPAM-CdTe微球(pNIPAM-CdTe535、pNIPAM-CdTe560、pNIPAM-CdTe610)的熒光光譜；和圖5是按照熒光微球制備實(shí)施例1制備的復(fù)合兩種顏色微粒的pNIPAM-CdTe微球的熒光光譜。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供了一種熒光微球的制備方法，包括使熱敏性聚合物微球與表面修飾有官能團(tuán)的水溶性無(wú)機(jī)熒光納米微粒進(jìn)行復(fù)合；將所得復(fù)合物進(jìn)行誘導(dǎo)相變；將經(jīng)過(guò)誘導(dǎo)相變的復(fù)合物分離，得到熒光微球。
適用于本發(fā)明的熱敏性聚合物包括但不限于以N-異丙基丙烯酰胺為基體的聚合物材料；優(yōu)選N-異丙基丙烯酰胺的均聚物和N-異丙基丙烯酰胺和其它自由基單體的共聚物，其中所述的其它自由基單體包括但不限于丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸、N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺或它們中兩種或兩種以上的混合物。
適用于本發(fā)明的熱敏性聚合物微球優(yōu)選為水凝膠微球，其平均粒徑?jīng)]有特別限制，但是優(yōu)選50-800。作為原料使用的熱敏性聚合物微球的平均粒徑為50-800納米，優(yōu)選100-600納米。
熱敏性聚合物微球可以通過(guò)常規(guī)的方法制備。例如，Langmuir 2003，19，5212-5216文獻(xiàn)中公開(kāi)的方法。
根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，可以通過(guò)N-異丙基丙烯酰胺(NIPAM)單體的均聚或與其它自由基單體的共聚制備粒徑均一可在水中分散的pNIPAM水凝膠(microgel)微球，其它自由基單體分別為丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、N-二甲基丙烯酰胺等。利用pNIPAM的分子內(nèi)和分子間的氫鍵相互作用，得到球形水凝膠球。
下面以聚N-異丙基丙烯酰胺(pNIPAM)微球?yàn)槔?，更詳?xì)說(shuō)明熱敏性聚合物微球的制備方法，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不限于用該方法得到的熱敏性聚合物微球?qū)-異丙基丙烯酰胺(NIPAM)單體溶于二次去離子水配成重量百分比為1.0％-5.0％水溶液，按照與N-異丙基丙烯酰胺(NIPAM)單體重量百分比為0％-10％(優(yōu)選0％-3％)的比例加入N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺作為交聯(lián)劑，通入氮?dú)獬ンw系中氧，加熱升溫至70℃形成溶液I(混和單體溶液)；配制重量百分比為0.1％-5％過(guò)硫酸鉀(KPS)水溶液，通入氮?dú)庑纬扇芤篒I(引發(fā)劑溶液)；在氮?dú)鈿夥障?，將溶液II加入溶液I并于70℃反應(yīng)3-8小時(shí)(優(yōu)選4.5小時(shí))，制得pNIPAM水凝膠微球。
在上述微球的制備過(guò)程中，可以適量地加入其它種類(lèi)的自由基單體如丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、N-二甲基丙烯酰胺等，從而對(duì)pNIPAM水凝膠微球的結(jié)構(gòu)形貌進(jìn)行微調(diào)。
通過(guò)自由基方法制備的聚N-異丙基丙烯酰胺(pNIPAM)是一種典型的熱敏性高分子聚合物，其臨界體積相變溫度在32-35℃之間。當(dāng)體系溫度低于臨界溫度時(shí)，pNIPAM表現(xiàn)出高度親水性，所形成的微球容易被水溶脹；在體系溫度高于臨界溫度時(shí)，pNIPAM由親水性變成疏水性，結(jié)果導(dǎo)致微球體積的收縮。體積收縮的結(jié)果是可以將熒光納米微粒非常牢固地固定在微球內(nèi)部，從而形成熒光復(fù)合微球。此外，良好的生物相容性已使pNIPAM微球在生物領(lǐng)域中體現(xiàn)出重要的應(yīng)用價(jià)值，例如它可以被用于酶的固定化；細(xì)胞熱誘導(dǎo)分離；藥物控制釋放以及基因治療等方面。最近的白鼠細(xì)胞毒性試驗(yàn)結(jié)果表明(D.Cube等Bioconjugate Chem.，2002，13，685)聚N-異丙基丙烯酰胺幾乎不存在生物毒性。
以聚N-異丙基丙烯酰胺(pNIPAM)水凝膠作為復(fù)合熒光微?；w材料來(lái)制備熒光微球是本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的重要特點(diǎn)。
適用于本發(fā)明的無(wú)機(jī)熒光納米微粒包括但不限于無(wú)機(jī)半導(dǎo)體熒光納米微粒。優(yōu)選II-VI族半導(dǎo)體，更優(yōu)選CdTe納米微粒。所述無(wú)機(jī)熒光納米微粒的平均粒徑優(yōu)選為2-5nm。優(yōu)選地，所述CdTe熒光納米微粒的熒光發(fā)射中心峰位介于510-650納米之間。
無(wú)機(jī)熒光納米微粒表面上所修飾的官能團(tuán)包括但不限于各種巰基化合物，優(yōu)選巰基化合物上。羥基、胺基和羧基中的至少一種或兩種。所述官能團(tuán)優(yōu)選被載帶在巰基化合物上。
根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方案，水溶性CdTe熒光納米微粒表面同時(shí)修飾有含有羥基的巰基化合物和含有羧基的巰基化合物。更優(yōu)選地，所述含有羥基的巰基化合物選自巰基甘油、巰基乙醇，所述含有羧基的巰基化合物選自巰基乙酸、巰基丙酸、硫辛酸。
適用于本發(fā)明的無(wú)機(jī)熒光納米微?？梢圆捎酶鞣N已知的方法制備。但是，從制備工藝簡(jiǎn)單、條件容易控制的角度考慮，熒光納米微粒優(yōu)選是在水溶液中直接反應(yīng)制備的。更優(yōu)選利用巰基化合物作穩(wěn)定劑經(jīng)過(guò)一步反應(yīng)合成的水溶性CdTe納米微粒。但是，本發(fā)明所闡述的方法同樣適用于利用TOP/TOPO方法制備的熒光納米微粒，但微粒必須是經(jīng)過(guò)表面置換得到的水溶性的微粒。
熒光納米微粒的一種制備方法公開(kāi)于M.Y.Gao等，J.Phys.Chem.，1998，102，8360(全文引入本文作為參考)中。
優(yōu)選地，可以根據(jù)M.Y.Gao等，J.Phys.Chem.，1998，102，8360中公開(kāi)的方法，采用如下條件制備熒光納米微粒為了實(shí)現(xiàn)與pNIPAM的有效復(fù)合，主要采用的穩(wěn)定劑包括巰基甘油(或巰基乙醇)和巰基乙酸(或硫辛酸、巰基丙酸等)，其摩爾比例以巰基甘油和巰基乙酸為例，巰基甘油∶巰基乙酸＝10∶10～10∶1(優(yōu)選10∶2.5)，所得到的CdTe納米微粒的熒光發(fā)射光譜的中心發(fā)射峰位可在510-650納米之間。通過(guò)對(duì)微粒尺寸的控制實(shí)現(xiàn)有效的調(diào)節(jié)，所得到的熒光納米微粒的半高峰寬在50納米左右。在所得到的熒光微粒溶液中CdTe濃度為在10mM-20mM之間。
本發(fā)明中，熱敏性聚合物微球和無(wú)機(jī)熒光納米微粒的復(fù)合可以采用各種方法進(jìn)行。熱敏性聚合物微球和無(wú)機(jī)熒光納米微粒的復(fù)合比例沒(méi)有特別限制，可以根據(jù)實(shí)際需要適當(dāng)?shù)丶右哉{(diào)整。但是，優(yōu)選為1-15％(重量比)，更優(yōu)選為3.0-9.0％。例如，一種優(yōu)選的制備方法可以描述如下將pNIPAM水凝膠微球與CdTe納米微粒按溶液體積比為1∶0.01～1∶1的比例進(jìn)行混合。具體過(guò)程如下首先，將pNIPAM水凝膠球的pH調(diào)至6.5-10.0(優(yōu)選pH調(diào)至7.0-8.0)，攪拌30分鐘，然后加入巰基化合物穩(wěn)定CdTe納米微粒水溶液，再將體系的pH調(diào)至9.0-13.0(優(yōu)選pH調(diào)至9.0-10.0)，并在室溫下繼續(xù)攪拌2-72小時(shí)(優(yōu)選2-24小時(shí))，得到pNIPAM-CdTe熒光水凝膠微球。
將上述復(fù)合物進(jìn)行誘導(dǎo)相變。所述誘導(dǎo)相變的條件沒(méi)有特別限制，但是需要控制體系的溫度。舉例來(lái)說(shuō)，可以將上述復(fù)合水凝膠微球加熱至一定溫度(例如40-80℃)進(jìn)行誘導(dǎo)相變，使得無(wú)機(jī)熒光納米微粒能夠牢固地固定在熱敏性聚合物中。誘導(dǎo)相變的時(shí)間長(zhǎng)短沒(méi)有特別限制，但是優(yōu)選0.5-24小時(shí)，更優(yōu)選1-5小時(shí)，最優(yōu)選1-3，以確保無(wú)機(jī)熒光納米微粒能夠牢固地固定在熱敏性聚合物中。
經(jīng)過(guò)誘導(dǎo)相變后的復(fù)合體系可以直接用作熒光微球的分散體系，也可以經(jīng)過(guò)離心分離，并任選地沉淀和洗滌，從而得到熒光微球。本發(fā)明的熒光微球可以均勻分散于水中。因此，也可將得到的熒光微球重新分散于適量的二次去離子水中，從而得到熒光微球的水分散體系。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，制得的pNIPAM-CdTe熒光微球粒徑可以控制在200-800納米之間，微球的粒度分布均勻，其熒光性質(zhì)由被復(fù)合的熒光微粒決定的，熒光CdTe納米微粒在微球中的含量通常在1.0％-15％(重量百分比，優(yōu)選3.0％-9.0％)之間可以進(jìn)行可控調(diào)節(jié)。
從上述熒光微球的復(fù)合過(guò)程來(lái)看，它比已經(jīng)存在的熒光微球的制備方法更為簡(jiǎn)單，并且克服了上述制備過(guò)程中存在的步驟繁多等諸多技術(shù)上缺點(diǎn)。
總之，基于熱敏性聚合物例如pNIPAM作為基體的熒光微球，不論是在制備方法方面，還是在復(fù)合的熒光微粒的選擇方面都體現(xiàn)出非常顯著的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，因此，以該方法制備的熒光微球在生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)中應(yīng)該體現(xiàn)出更廣闊的應(yīng)用前景和良好的市場(chǎng)前景。
盡管不愿受任何理論的束縛，但是據(jù)信，以pNIPAM和CdTe熒光納米微粒的復(fù)合得到的熒光微球?yàn)槔?，制備原理是通過(guò)納米微粒表面的修飾基團(tuán)與pNIPAM鏈段的氫鍵相互作用，使得CdTe熒光納米微粒在pNIPAM經(jīng)過(guò)熱相變后被復(fù)合在pNIPAM微球中，形成熒光復(fù)合微球。主要制備過(guò)程如下1)通過(guò)N-異丙基丙烯酰胺(NIPAM)單體的均聚或與其它自由基單體的共聚制備粒徑均一可在水中分散的pNIPAM水凝膠(microgel)微球，其它自由基單體分別為丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、N-二甲基丙烯酰胺等。利用pNIPAM的分子內(nèi)和分子間的氫鍵相互作用，得到球形水凝膠球。2)按照并改進(jìn)文獻(xiàn)方法在水體系利用一步反應(yīng)方法合成CdTe熒光納米微粒，通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)膸€基化合物作為穩(wěn)定劑，可使微粒表面修飾有不同的官能基團(tuán)，如羧基和羥基等，這可以增強(qiáng)納米微粒同pNIPAM鏈段間的氫鍵相互作用。3)混合上述pNIPAM水凝膠球和水溶性熒光納米微粒，通過(guò)誘導(dǎo)pNIPAM微球的相變，制得復(fù)合有CdTe納米微粒的熒光微球。利用上述方法制備的復(fù)合微球直徑介于50納米至800納米，熒光的單色性及顏色取決于所復(fù)合的熒光微粒的熒光特征。如果復(fù)合CdTe熒光納米晶體，所得到的微球熒光顏色可以在綠色(熒光中心峰位為510納米)和紅色(熒光中心峰位為650納米)之間任意調(diào)節(jié)。也可以將不同尺寸的CdTe納米微粒集成到同一pNIPAM微球中制備復(fù)合有多種熒光顏色微粒的熒光微球。
與傳統(tǒng)的制備方法相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1)通過(guò)該方法制備所得的熒光微球粒徑及形貌均一、發(fā)光強(qiáng)度高(發(fā)光亮度比相同濃度的熒光微粒提高一倍以上)、發(fā)光色純度好(半高峰寬接近或小于50nm)、熒光微球在水中分散穩(wěn)定且具有良好的生物相容性，因此，該法特別適合于制備用于生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)的熒光標(biāo)記材料。2)該方法合成的微球不僅可以復(fù)合單一尺寸的熒光微粒，得到單一熒光顏色的微球，還可以同時(shí)復(fù)合不同尺寸熒光納米微粒，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)微球的熒光編碼。3)本發(fā)明方法使用的微球基體和熒光微粒均在水體系中合成，制備過(guò)程簡(jiǎn)單，操作方便，適于規(guī)?；蜕虡I(yè)化生產(chǎn)，這將進(jìn)一步加快和拓寬無(wú)機(jī)熒光納米材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用。
實(shí)施例本發(fā)明的下述實(shí)施例中采用了三種具有代表性的熒光納米微粒，其熒光發(fā)射峰中心位置波長(zhǎng)分別為535納米、560納米、610納米(分別記為CdTe535、CdTe560、CdTe610)。采用CdTe535、CdTe560、CdTe610微粒得到的pNIPAM-CdTe復(fù)合熒光水凝膠微球分別記為pNIPAM-CdTe535、pNIPAM-CdTe560、pNIPAM-CdTe610。采用CdTe535、CdTe610微粒同時(shí)復(fù)合到pNIPAM微球中得到的復(fù)合熒光水凝膠微球表示為pNIPAM-CdTe535-CdTe610。
以下實(shí)施例用于進(jìn)一步說(shuō)明熒光微球的具體制備過(guò)程，并不限定本發(fā)明中熒光微球的制備過(guò)程條件。
pNIPAM微球制備的實(shí)施例熱敏性聚合物微球制備實(shí)施例1N-異丙基丙烯酰胺均聚物(pNIPAM)微球的制備。稱(chēng)取1.53gN-異丙基丙烯酰胺(NIPAM)單體溶于125ml二次去離子水，通入高純氮除氧30分鐘，加熱溶液升溫至70℃形成溶液I；稱(chēng)取0.076g過(guò)硫酸鉀(KPS)溶于25ml二次去離子水，通入高純氮30分鐘形成溶液II；將溶液II加入溶液I，并在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，于70℃下攪拌混合溶液4.5小時(shí)，得到pNIPAM微球。
熱敏性聚合物微球制備實(shí)施例2N-異丙基丙烯酰胺和交聯(lián)劑共聚物微球的制備，所采用的交聯(lián)劑為N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺。具體過(guò)程如下，稱(chēng)取1.50g N-異丙基丙烯酰胺(NIPAM)和0.013gN，N’-亞甲基雙丙烯酰胺溶于125ml二次去離子水，通高純氮除氧30分鐘，加熱體系至70℃形成溶液I；引發(fā)劑溶液的制備條件及微球聚合條件與微球制備實(shí)施例1相同，得到pNIPAM微球。
熱敏性聚合物微球制備實(shí)施例3N-異丙基丙烯酰胺、交聯(lián)劑、甲基丙烯酸三元共聚物微球的制備。具體的制備過(guò)程如下，取1.40g N-異丙基丙烯酰胺(NIPAM)，甲基丙烯酸10μl和0.013g N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺，將其溶解于125ml二次水中，經(jīng)高純氮除氧得到溶液I，引發(fā)劑溶液的制備條件及微球聚合條件與微球制備實(shí)施例1相同，得到pNIPAM微球。
熱敏性聚合物微球制備實(shí)施例4N-異丙基丙烯酰胺、交聯(lián)劑、N-二甲基丙烯酰胺三元共聚物微球的制備。具體的制備過(guò)程如下，取1.40g N-異丙基丙烯酰胺、0.013g N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺和0.10g N-二甲基丙烯酰胺，將其溶解于125ml水中，經(jīng)高純氮除氧得到溶液I，引發(fā)劑溶液的制備條件及微球聚合條件與微球制備實(shí)施例1相同，得到pNIPAM微球。
CdTe熒光納米微粒制備的實(shí)施例無(wú)機(jī)熒光納米微粒的制備實(shí)施例1巰基甘油一巰基乙酸表面修飾的CdTe納米微粒的制備。取150ml二次去離子水，通入高純氮0.5小時(shí)以上除氧，稱(chēng)取1.405g高氯酸鎘(Cd(ClO4)2·6H2O)加入到上述二次去離子水中，隨后加入0.56ml巰基甘油和0.12ml巰基乙酸穩(wěn)定劑(摩爾比為8∶2)，再用5M的NaOH水溶液將其pH值調(diào)至11.2，形成含有巰基化合物和鎘離子的溶液。另一方面，配置0.5M硫酸溶液，并通入氮?dú)獬?.5小時(shí)。然后，取30ml該硫酸溶液注入到盛有0.39g碲化鋁(Al2Te3)的燒瓶中反應(yīng)，將反應(yīng)生成的H2Te直接通入上述鎘溶液中，在攪拌下反應(yīng)15分鐘后，然后加熱回流該溶液，得到巰基甘油一巰基乙酸穩(wěn)定的CdTe熒光納米微粒水溶液。通過(guò)控制回流時(shí)間，得到不同尺寸的巰基甘油一巰基乙酸穩(wěn)定的CdTe熒光納米微粒，其熒光發(fā)射中心峰位在510納米至650納米之間任意調(diào)變。
熒光微球制備的實(shí)施例熒光微球的制備實(shí)施例1pNIPAM-CdTe單一顏色復(fù)合熒光微球的制備。取上述pNIPAM制備實(shí)施例中制備的pNIPAM水凝膠微球100ml，用2M NaOH水溶液將其pH值調(diào)至7.5，然后加入10ml巰基甘油-巰基乙酸(8∶2)修飾的CdTe納米微粒水溶液(發(fā)射中心峰位在510nm至610nm之間的任一熒光顏色)，調(diào)節(jié)體系的pH至9.5，在室溫下繼續(xù)攪拌24小時(shí)，然后，將混合液在45℃下保持2小時(shí)，然后經(jīng)過(guò)離心分離、洗滌和重新分散得到復(fù)合熒光微球，其熒光照片見(jiàn)附圖1，2和3，熒光光譜見(jiàn)圖4。
熒光微球的制備實(shí)施例2pNIPAM-CdTe單一顏色復(fù)合熒光微球的制備。取上述pNIPAM制備實(shí)施例中制備的pNIPAM水凝膠微球10ml，用2M NaOH水溶液將其pH值調(diào)至7.0；按5∶1的比例將巰基甘油-巰基乙酸(8∶2)修飾的CdTe納米微粒水溶液濃縮，然后加入2ml上述濃縮的CdTe納米微粒水溶液(發(fā)射中心峰位在510nm至610nm之間的任一熒光顏色)，調(diào)節(jié)體系的pH至9.0，在室溫下繼續(xù)攪拌48小時(shí)，然后，將混合液在70℃下保持1小時(shí)，經(jīng)過(guò)離心分離、洗滌和重新分散得到復(fù)合熒光微球。
熒光微球的制備實(shí)施例3復(fù)合有兩種顏色熒光微粒的pNIPAM-CdTe熒光微球的制備。所用pNIPAM水凝膠微球和CdTe納米微粒水溶液以及具體制備過(guò)程與熒光微球的制備實(shí)施例1相同，只是按比例同時(shí)加入5ml巰基甘油-巰基乙酸(8∶2)修飾的CdTe535納米微粒水溶液和5ml巰基甘油-巰基乙酸(8∶2)修飾的CdTe610納米微粒水溶液(按需要加入發(fā)射中心峰位在510nm至610nm之間的兩種熒光顏色)，其余過(guò)程與熒光微球的制備實(shí)施例1相同，得到復(fù)合有兩種不同熒光顏色的CdTe微粒的熒光微球。其熒光發(fā)射光譜見(jiàn)圖5。
熒光微球的制備實(shí)施例4復(fù)合有三種顏色熒光微粒的pNIPAM-CdTe熒光微球的制備。所用pNIPAM水凝膠微球和CdTe納米微粒水溶液以及具體制備過(guò)程與熒光微球的制備實(shí)施例1相同，只是按4∶4∶2比例同時(shí)加入4ml巰基甘油-巰基乙酸(8∶2)修飾的CdTe535納米微粒水溶液、4ml CdTe580納米微粒水溶液、2ml CdTe580納米微粒水溶液(按需要加入發(fā)射中心峰位在510nm至610nm之間的三種熒光顏色微粒)，其余過(guò)程與熒光微球的制備實(shí)施例1相同，得到復(fù)合有三種不同熒光顏色的CdTe微粒的熒光微球。
權(quán)利要求
1.一種熒光微球的制備方法，包括使熱敏性聚合物微球與表面修飾有官能團(tuán)的水溶性無(wú)機(jī)熒光納米微粒進(jìn)行復(fù)合；將所得復(fù)合物進(jìn)行誘導(dǎo)相變；將經(jīng)過(guò)誘導(dǎo)相變的復(fù)合物分離，得到熒光微球。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述熱敏性聚合物為N-異丙基丙烯酰胺的均聚物，和/或，N-異丙基丙烯酰胺和其它自由基單體的共聚物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所述其它自由基單體為選自丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸、N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述熱敏性聚合物微球?yàn)槠骄綖?0-800納米的水凝膠微球。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述無(wú)機(jī)熒光納米微粒為水溶性CdTe納米微粒。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中所述的表面修飾官能團(tuán)為巰基化合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述的官能團(tuán)選自含有羥基、胺基和羧基的巰基化合物至少一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中所述的官能團(tuán)選自羥基、胺基和羧基中的至少一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述水溶性CdTe熒光納米微粒表面同時(shí)修飾有含有羥基的巰基化合物和含有羧基的巰基化合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述含有羥基的巰基化合物選自巰基甘油、巰基乙醇和它們的混合物。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述含有羧基的巰基化合物選自巰基乙酸、巰基丙酸、硫辛酸和它們中兩種以上的混合物。
12.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中所述CdTe熒光納米微粒的熒光發(fā)射中心峰位介于510-650納米之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述無(wú)機(jī)熒光納米微粒具有多種尺寸即多種熒光顏色。
14.一種熒光微球，包括熱敏性聚合物微球和表面修飾有官能團(tuán)的水溶性無(wú)機(jī)熒光納米微粒的復(fù)合物，所述無(wú)機(jī)熒光納米微粒通過(guò)誘導(dǎo)相變而固定在微球內(nèi)部。
15.按照權(quán)利要求14的熒光微球，其熒光性質(zhì)取決于所復(fù)合的熒光微粒的數(shù)量和種類(lèi)。
16.一種熒光微球的水分散體系，包括穩(wěn)定地分散在水中的權(quán)利要求14所述的熒光微球。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種熒光微球的制備方法，包括使熱敏性聚合物微球與表面修飾有官能團(tuán)的水溶性無(wú)機(jī)熒光納米微粒進(jìn)行復(fù)合；將所得復(fù)合物進(jìn)行誘導(dǎo)相變；和將經(jīng)過(guò)誘導(dǎo)相變的復(fù)合物分離，得到熒光微球。還提供了利用該方法得到的熒光微球及其水分散體系。本發(fā)明方法反應(yīng)條件溫和，制備過(guò)程簡(jiǎn)單，操作方便，適于規(guī)?；蜕虡I(yè)化生產(chǎn)，特別適用于制備生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)的熒光標(biāo)記材料，制得的熒光微球在納米尺寸范圍、粒徑及形貌均一、發(fā)光強(qiáng)度高、發(fā)光純度好、在水中分散穩(wěn)定且具有良好的生物相容性。
文檔編號(hào)C09K11/08GK1690163SQ20041003508
公開(kāi)日2005年11月2日 申請(qǐng)日期2004年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月23日
發(fā)明者高明遠(yuǎn), 鞏雁軍, 汪大洋 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所