一種稀土上轉(zhuǎn)換納米熒光探針及其制備和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種稀土上轉(zhuǎn)換納米熒光探針及其制備和應(yīng)用,是由上轉(zhuǎn)換熒光納米粒子與Au納米形成異質(zhì)的功能性熒光納米微粒;所述上轉(zhuǎn)換熒光納米粒子NaYF4:Yb3+/Er3+與Au它們之間的摩爾比例分別為5:1,10:1,15:1,20:1,在140℃條件下攪拌2.5h;所得微粒與上轉(zhuǎn)換熒光納米粒子相比較紅色熒光增強,綠色熒光減弱。由于稀土上轉(zhuǎn)換熒光納米粒子光化學(xué)穩(wěn)定性好,毒性低;并且用近紅外激光器作為激發(fā)光源,光穿透能力強,無背景熒光,在生物熒光成像和CT顯影劑領(lǐng)域有潛在的應(yīng)用價值。
【專利說明】一種稀土上轉(zhuǎn)換納米熒光探針及其制備和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及稀土上轉(zhuǎn)換納米熒光探針,具體地說是NaYF4: Yb3+/Er3+-Au異質(zhì)結(jié)構(gòu)的納米粒子的制備和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]生物熒光成像技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一項分子、基因表達的分析檢測技術(shù)。由于具有快速、無損傷、直觀、靈敏度高等優(yōu)勢已廣泛應(yīng)用于臨床診斷、治療、醫(yī)學(xué)研究及生命科學(xué)等領(lǐng)域。熒光探針在熒光成像中具有對被檢測物進行標(biāo)記和跟蹤的作用。理想的生物熒光成像探針應(yīng)具備以下條件:1.具有良好的光化學(xué)穩(wěn)定性,不易被光解或漂白;2.具有良好的水溶性和生物相匹配性,且毒性低,對生物體功能幾乎沒有影響;3.低能量激發(fā),發(fā)射光譜特性突出;4.具有良好的組織穿透性;5.熒光量子產(chǎn)率高。目前已經(jīng)報道的可用于生物熒光成像探針的主要有以下幾種:
[0003](1)有機染料:目前在生物熒光成像研究中應(yīng)用最普遍的熒光探針是有機染料,并且11引哚菁綠已成功應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)(文獻1:Benson RC, Kues HAPhysMed, Biol23:159 - 63, 1978 ;文獻 2:Τ.Desmettre, MD, PhD, J.M.Devoisselle, PhD, and
S.Mordon, PhD, Surv Ophthalmol, 45:15 - 27, 2000)。但是它們由于存在一些局限性如:激發(fā)光譜較窄而發(fā)射峰較寬;光穩(wěn)定性差,易光漂白、光解,因此,不利于長時間在體實時、動態(tài)檢測。
[0004](2)半導(dǎo)體量子點:近些年隨著納米材料的發(fā)展,半導(dǎo)體量子點如ZnS-CdSe(文獻3:ffarren C.ff.Chan and Shuming Nie, Science, 1998,281,2016-2018)也開始被廣泛應(yīng)用于熒光檢測中,它具有光穩(wěn)定性強,激發(fā)光譜寬而發(fā)射光譜窄,Stokes位移大,量子產(chǎn)率高等優(yōu)點,但是由于它的化學(xué)穩(wěn)定性差和潛在毒性(重金屬),以及需要紫外激發(fā),光穿透能力弱,并且會損害生物組織,引起生物組織自熒光等缺點限制了它們在生物熒光成像方面的應(yīng)用。
[0005](3)稀土上轉(zhuǎn)換熒光納米材料:稀土上轉(zhuǎn)換這個概念在二十世紀六十年代中期首次被Auzel等人(文獻4:F.Auzel, Chem.Rev., 2004, 104, 139)確切的提出。直到九十年代后期,隨著納米材料的發(fā)展,稀土上轉(zhuǎn)換納米材料在生物分析和醫(yī)學(xué)成像上才得到發(fā)展。稀土上轉(zhuǎn)換熒光納米材料由于利用近紅外激光器作激發(fā)光源,減小了紫外激發(fā)對細胞或組織的損傷,并且具有較強的光穿透能力,另外大部分生物分子對紅外光幾乎沒有吸收,減小了生物組織的自熒光干擾等優(yōu)異特性,在生物細胞與活體成像方面的應(yīng)用引起了研究者的高度興趣。但是上轉(zhuǎn)換熒光強度弱已成為普遍共識,并且這種單一的成像模式不能完整的提供某一物質(zhì)的結(jié)構(gòu)及功能的信息,就需要在一種納米材料上聯(lián)合其他功能的納米材料可以實現(xiàn)多模式成像。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]針對以上的問題,本發(fā)明的目的是提供一種熒光強度高的功能性上轉(zhuǎn)換熒光納米探針(upconversion nanomaterials,簡稱UCNP)及其制備和應(yīng)用。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0008]由稀土上轉(zhuǎn)換熒光納米粒子與Au形成異質(zhì)的功能性熒光納米微粒;
[0009]稀土上轉(zhuǎn)換熒光納米探針具體制備過程為:
[0010]I)稀土上轉(zhuǎn)換熒光納米微粒:在高溫、絕氧條件下,于高沸點有機溶劑中,三氟乙酸鹽熱分解生成NaYF4: Yb3+/Er3+納米粒子,作為上轉(zhuǎn)換熒光納米前軀體;
[0011]2)在表面活性劑中加入上轉(zhuǎn)換熒光納米前驅(qū)體,再加入HAuCl4.4H20和油胺,超聲,充分混合,在140°C條件下攪拌2.5h,最后離心分離即可。
[0012]總之,本發(fā)明稀土上轉(zhuǎn)換熒光納米粒子與Au所形成的熒光性異質(zhì)結(jié)構(gòu)為發(fā)光物質(zhì),稀土上轉(zhuǎn)換熒光納米粒子采用熱分解法將三氟乙酸稀土鹽熱分解得到NaYF4: Yb3+/Er3+納米粒子,作為前驅(qū)體。
[0013]所述稀土上轉(zhuǎn)換熒光納米前驅(qū)體和Au摩爾分別比為5:1,10:1,15:1,20:1 ;所述高沸點有機溶劑為:油酸和油胺;表面活性劑為1-十八烯非極性溶劑。
[0014]本發(fā)明的稀土上轉(zhuǎn)換納米熒光探針具有如下優(yōu)點:
[0015](I)制備方法簡單,不需要繁瑣的步驟,合成的納米粒子粒徑小且均勻。
[0016](2)上轉(zhuǎn)換 熒光強度明顯增強,并且其中綠色熒光減弱,而紅色熒光增強。
[0017](3)由于此納米粒子激發(fā)光源為近紅外激光器,可以用于活體動物熒光成像,進行實時、動態(tài)檢測。
[0018](4)由于Au納米具有高電子密度,有作為一種優(yōu)越的CT顯影劑的應(yīng)用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1是NaYF4: Yb3+/Er3+iAu納米熒光微粒的透射電子顯微鏡照片。
[0020]圖2是NaYF4: Yb3+/Er3+iAu納米熒光微粒的XRD圖。
[0021 ] 圖3是NaYF4: Yb3+/Er3+iAu納米熒光微粒的紫外光譜。
[0022]圖4是NaYF4: Yb3+/Er3+iAu納米熒光微粒的熒光光譜。
[0023]圖5是NaYF4:Yb3+/Er3+@Au納米熒光微粒的熒光成像圖。
【具體實施方式】
[0024]下面通過實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0025]實施例1
[0026]NaYF4:Yb3+/Er3+@Au納米熒光微粒的制備及表征:
[0027](I) NaYF4: Yb3+/Er3+iAu 納米熒光微粒的制備:
[0028]首先合成NaYF4:Yb3+/Er3+熒光納米粒子前驅(qū)體:分別按比例稱取固體藥品Immol的 RE2O3 (2%Er203, 20%Yb203, 78%Y203)和 2mmol 的 NaOH 加入到 250mL 三口燒瓶中,加入 50%三氟乙酸3mL,在氮氣流中攪拌,加熱到100°C,將溶液蒸干。然后將32mL油酸和16mL的油胺加入到三口燒瓶中,升溫到120°C,攪拌0.5h,除掉水分和氧氣,然后緩慢升溫到300°C,保持此溫度攪拌2h。反應(yīng)完畢后于室溫條件下自然冷卻,加入丙酮使其沉淀,離心分離分離后,產(chǎn)物用無水乙醇反復(fù)超聲清洗、離心后得到白色固體產(chǎn)物。
[0029]然后將30-300mg NaYF4: Yb3+/Er3+ 溶于 IOmll-十八烯中,超聲,加入 HAuCl4.4H20(使NaYF4:Yb3+/Er3+與Au的摩爾比分別為5:1,10:1,15:1,20:1),再加入2ml油胺,超聲十幾分鐘,得到亮黃色溶液,加熱到140°C,攪拌2.5h。冷卻后用大量乙醇洗滌,離心分離即得NaYF4: Yb3VEr3+iAu納米熒光微粒。
[0030](2) NaYF4: Yb3+/Er3+iAu納米熒光微粒的性質(zhì)表征:
[0031](a) NaYF4: Yb3VEr3+iAu納米熒光微粒的形態(tài)及大小尺寸
[0032]圖1是NaYF4:Yb37Er3+@AU納米粒子的透射電子顯微鏡照片,從照片可見用該法制得的Au納米微粒依附在稀土上轉(zhuǎn)換納米微粒NaYF4:Yb3+/Er3+周圍生長,大小均勻,NaYF4: Yb3+/Er3+粒徑尺寸為30nm左右,Au納米微粒粒徑尺寸為7nm左右。
[0033]圖2是NaYF4: Yb3+/Er3+@Au納米粒子的XRD圖,從圖中我們可以看出稀土上轉(zhuǎn)換熒光納米粒子NaYF4:Yb3+/Er3+與XRD標(biāo)準(zhǔn)卡片對照,屬于純的立方NaYF4晶相。NaYF4 = Yb3+/Er3+OAu納米粒子的XRD圖出現(xiàn)了 Au的衍射峰,說明此功能性稀土上轉(zhuǎn)換納米粒子中含有Au納米。
[0034](b) NaYF4: Yb3+/Er3+iAu納米粒子的光譜特性
[0035]圖3是NaYF4:Yb3+/Er3+@Au納米粒子的紫外光譜圖。圖中可見NaYF4:Yb3+/Er3+@Au納米粒子在530nm左右的地方出現(xiàn)了 Au的特征吸收峰,但是在270nm左右Au的特征吸收峰消失;并且隨著NaYF4: Yb3+/Er3+與Au比例逐漸減小卿Au含量的增加),在530nm左右的吸收峰逐漸變寬且紅移。
[0036]圖4是NaYF4:Yb3+/Er3+@Au納米粒子的熒光光譜圖。圖中可見NaYF4:Yb3+/Er3+@Au納米粒子與NaYF4:Yb3+/Er3+相比較,在540nm處的熒光強度減弱;而在660nm處的熒光強度增強。`
[0037](3) NaYF4:Yb3VEr3+iAu納米熒光微粒的熒光成像應(yīng)用:
[0038]將NaYF4:Yb37Er3+@Au納米熒光微粒配制成2mg/mL的溶液注射到裸鼠肌肉下5mm處,在小動物成像儀上進行熒光成像。
[0039]圖5是NaYF4:Yb37Er3+@Au納米熒光微粒的熒光成像圖,從圖中我們可以看出將NaYF4:Yb3+/Er3+iAu納米熒光微粒注射到裸鼠肌肉下3_處,可以清晰看到熒光成像。
【權(quán)利要求】
1.一種稀土上轉(zhuǎn)換熒光納米探針,其特征在于: 于上轉(zhuǎn)換熒光納米微粒上擔(dān)載有Au納米粒子,所述上轉(zhuǎn)換熒光納米微粒與Au,它們之間的摩爾比分別為5-30:1。
2.—種權(quán)利要求1所述稀土上轉(zhuǎn)換熒光納米探針的制備方法,其特征在于:在非極性表面活性劑中加入上轉(zhuǎn)換熒光納米微粒前驅(qū)體,然后加入HAuCl4.4H20,用油胺將其還原成Au納米,形成的功能性納米稀土熒光微粒。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法,其特征在于: 合成NaYF4:Yb3+/Er3+上轉(zhuǎn)換熒光納米粒子前驅(qū)體:分別按比例稱取固體藥品RE2O3和NaOH 加入到三口燒瓶中,RE2O3 由摩爾含量 l%-29ffir203、18%-20%Yb203、78%_80%Y203 組成,向三口燒瓶中加入質(zhì)量分數(shù)為40-60%的三氟乙酸形成三氟乙酸鹽溶液;其中RE2O3的物質(zhì)的量為l-6mmol和NaOH的物質(zhì)的量為2-12mmol,質(zhì)量分數(shù)為40-60%的三氟乙酸的體積為1.5mL-9mL,在氮氣流中攪拌,加熱到95_100°C,將溶液蒸干;然后將油酸和油胺加入到三口燒瓶中,油酸和油胺的體積分別為32-192mL和16_96mL,升溫到120_140°C,攪拌半小時待除掉水分和氧氣,然后緩慢升溫到300-340°C,保持此溫度攪拌0.5-3h ;反應(yīng)完畢后于室溫條件下自然冷卻,加入丙酮使其沉淀,離心分離后,固體產(chǎn)物用無水乙醇反復(fù)超聲清洗、離心后得到白色固體產(chǎn)物NaYF4: Yb3+/Er3+。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法,其特征在于:將30-300mg的NaYF4:Yb3+/Er3+溶于10-20ml非極性表面活性劑中,超聲;加入HAuCl4.4H20,使NaYF4: Yb3+/Er3+與Au的摩爾比分別為5-30:1,再加入l-5ml油胺,超聲十幾分鐘,得到亮黃色溶液,加熱到50_140°C,攪拌2-24h ;冷卻后用乙醇洗滌,離心分離即得 NaYF4: Yb3VEr3+iA`u納米熒光微粒。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的制備方法,其特征在于:非極性表面活性劑為1-十八烯、辛醚、或二苯醚。
6.一種權(quán)利要求1所述的稀土上轉(zhuǎn)換熒光納米探針在生物標(biāo)記中的應(yīng)用。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的應(yīng)用,其特征在于:所述生物包括多肽、抗體、抗原、蛋白、核酸等分子中的一種或二種以上。
8.—種權(quán)利要求1所述的稀土上轉(zhuǎn)換熒光納米探針用于生物熒光光成像過程中。
【文檔編號】C09K11/85GK103865537SQ201210551858
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月17日
【發(fā)明者】馬小軍, 譚明乾, 單爽 申請人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所