磁性組分可切換的磁性上轉(zhuǎn)換納米復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于納米材料制備技術(shù)和納米生物應(yīng)用領(lǐng)域，涉及一種磁性上轉(zhuǎn)換納米復(fù)合材料的制備方法，以DNA分子為橋梁，利用堿基互補(bǔ)配對作用將磁性納米粒子和稀土摻雜上轉(zhuǎn)換納米粒子連接起來，構(gòu)建磁性上轉(zhuǎn)換納米復(fù)合結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)兼具超順磁性和上轉(zhuǎn)換發(fā)光特性；通過調(diào)節(jié)體系pH值、升溫或加入競爭DNA，移除磁性納米粒子，可消除磁性組分對上轉(zhuǎn)換發(fā)光的淬滅，提高基于上轉(zhuǎn)換發(fā)光特性的檢測靈敏度。本發(fā)明方法簡單，操作便捷，合成的磁性上轉(zhuǎn)換納米復(fù)合材料可應(yīng)用于生物分離、生物檢測、上轉(zhuǎn)換熒光成像等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。
【專利說明】磁性組分可切換的磁性上轉(zhuǎn)換納米復(fù)合材料及其制備方法
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明屬于納米材料制備技術(shù)和納米生物應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉及一種磁性組分可切換的磁性上轉(zhuǎn)換納米復(fù)合材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0003]近年來，稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料由于在生物標(biāo)記、免疫檢測、活體成像等方面展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢而受到人們的廣泛關(guān)注。上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料可用近紅外或紅外光激發(fā)，激發(fā)光能量低，對生物組織具有較好的穿透能力，能夠避免其它熒光材料用紫外光激發(fā)對生物體造成的損傷；由于被標(biāo)記的生物分子或組織不會被紅外光激發(fā)而產(chǎn)生熒光背景噪音，因此，可獲得較高的檢測靈敏度；通過基質(zhì)及摻雜離子的選擇及調(diào)節(jié)，易于在同一激發(fā)波長下獲得各種顏色的發(fā)光，有利于生物體系的多組分聯(lián)檢；稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)射譜帶窄，Stokes頻移大，能有效減少多通道檢測時(shí)的交叉干擾；此外，稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料還具有光化學(xué)穩(wěn)定、受環(huán)境影響小、熒光壽命長、對生物體毒副作用小、檢測裝置簡單等特點(diǎn)，是較半導(dǎo)體熒光納米晶更為優(yōu)越的一種生物標(biāo)記材料。
[0004]從臨床應(yīng)用角度看，發(fā)展兼具分離和標(biāo)記功能的磁光復(fù)合納米材料是極具實(shí)際應(yīng)用意義的。通過將上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料特殊的光學(xué)性質(zhì)和磁性納米材料高效分離特性結(jié)合，發(fā)展同時(shí)具有分離與標(biāo)記功能的納米復(fù)合材料，可以大大簡化生物樣本純化過程，提高生物檢測的效率并降低其成本。目前關(guān)于磁性上轉(zhuǎn)換納米生物標(biāo)記材料的報(bào)道相對較少，現(xiàn)有的合成方法主要是通過均相沉淀法直接在磁性納米粒子表面沉積上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料殼層，或是利用SiO2將二者包覆在一起。通常磁性材料對上轉(zhuǎn)換發(fā)光有明顯的猝滅效應(yīng)，簡單地將磁性納米粒子與上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料復(fù)合在一起，發(fā)光效率較低，無法滿足臨床生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用需求。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種簡單、快捷、靈活方法來制備磁性組分可切換的磁性上轉(zhuǎn)換納米復(fù)合材料，該材料可同時(shí)滿足生物標(biāo)記、生物分離和生物檢測的應(yīng)用需求。
[0007]本發(fā)明的磁性組分可切換的磁性上轉(zhuǎn)換納米復(fù)合材料的制備方法是:
1、將已知合成方法的超順磁性納米粒子表面氨基化或羧基化處理后，利用戊二醛法或碳二亞胺縮合法與單鏈DNA I偶聯(lián)。
[0008]2、將已知合成方法的稀土摻雜上轉(zhuǎn)換納米粒子表面氨基化或羧基化處理后，利用戊二醛法或碳二亞胺縮合法與單鏈DNA 2 (可與DNA I中的部分堿基互補(bǔ)配對)偶聯(lián)。
[0009]3、將步驟I和步驟2的兩種粒子按照10:1至1:10的摩爾比混合，37°C反應(yīng)0.5-6小時(shí)，吸磁洗滌三次，分散于I ml高純水中，得到磁性上轉(zhuǎn)換納米復(fù)合材料。
[0010]4、向磁性上轉(zhuǎn)換納米復(fù)合材料中加入競爭DNA 3或調(diào)節(jié)溶液pH值或升高溫度，移除磁性組分。
[0011 ] 所述的超順磁性納米粒子可選用Fe3O4或Fe2O3或CoFe2O或NiFeO4或MnFeO4或Fe或FePt等。
[0012]所述的超順磁性納米粒子表面氨基化處理的方法是，將磁性納米材料與聚乙烯亞胺(PEI)的氯仿溶液按質(zhì)量比1:10，攪拌12小時(shí)后，加入正己烷，倒掉上清液，37°C真空烘干10分鐘，除去殘留的正己烷與氯仿，超聲分散于50 ml高純水中。
[0013]所述的超順磁性納米粒子表面羧基化處理的方法是，向80 mg PAA，15 ml四氫呋喃(THF)溶液中加入10 mg超順磁性納米粒子，在30°C下攪拌12小時(shí)，離心洗滌3次，超聲分散于5 ml高純水中。
[0014]所述的稀土摻雜上轉(zhuǎn)換納米粒子可選用NaYF4:Yb3+, Er3+或NaYF4:Yb3+, Tm3+或NaYF4:Yb3+, Ho3+ 或 NaGdF4:Yb3+, Er3+ 或 NaGdF4:Yb' Tm3+ 或 NaGdF4:Yb3+, Ho3+ 等。
[0015]所述的稀土摻雜上轉(zhuǎn)換納米粒子表面氨基化處理的方法是，將上轉(zhuǎn)換納米材料與PEI的氯仿溶液按質(zhì)量比1:10，攪拌12小時(shí)后，加入正己烷，倒掉上清液，37°C真空烘干10分鐘，除去殘留的正己烷與氯仿，超聲分散于50 ml高純水中。
[0016]所述的稀土摻雜上轉(zhuǎn)換納米粒子表面羧基化處理的方法是，向80 mg PAA, 15 mlTHF溶液中加入20 mg稀土摻雜上轉(zhuǎn)換納米粒子，在30°C下攪拌12小時(shí)，離心洗滌3次，超聲分散于5 ml高純水中。
[0017]所述的戊二醛偶聯(lián)法是，將10 mg表面氨基修飾的超順磁性納米粒子或表面氨基修飾的上轉(zhuǎn)換納米粒子與5 ml 15%戊二醛混合，37°C反應(yīng)0.5小時(shí)，離心洗滌三次，分散于I ml高純水中，加入20 μ 1，25 mM DNA I或DNA 2，37°C反應(yīng)0.5小時(shí)，吸磁或離心洗滌三次后，重新分散在高純水中，得到DNA I偶聯(lián)的超順磁性納米粒子或DNA 2偶聯(lián)的稀土摻雜上轉(zhuǎn)換納米粒子。
[0018]所述的碳二亞胺縮合法是，將10 mg表面氨基修飾的超順磁性納米粒子或表面氨基修飾的上轉(zhuǎn)換納米粒子與I ml EDC/NHS混合后，加入20 μ 1,25 mM DNA I或DNA 2，37°C反應(yīng)0.5小時(shí)，吸磁或離心洗滌三次后得到DNA I偶聯(lián)的超順磁性納米粒子或DNA 2偶聯(lián)的稀土摻雜上轉(zhuǎn)換納米粒子。
[0019]所述的通過加入競爭DNA移除磁性組分的方法是，取磁性上轉(zhuǎn)換納米復(fù)合材料Iml，加入100-500 μ 1,25 mM DNA 3，37°C反應(yīng)2_8小時(shí)，利用磁分離技術(shù)，移除磁性組分。
[0020]所述的通過調(diào)節(jié)pH值移除磁性組分的方法是，取磁性上轉(zhuǎn)換納米復(fù)合材料I ml，加入NaOH溶液，使溶液pH值大于11，37°C反應(yīng)2小時(shí)，利用磁分離技術(shù)，移除磁性組分。
[0021]所述的通過升高溫度移除磁性組分的方法是，取磁性上轉(zhuǎn)換納米復(fù)合材料I ml，94°C下震蕩0.5小時(shí)，利用磁分離技術(shù)，移除磁性組分。
[0022]本發(fā)明方法具有以下優(yōu)點(diǎn):
1.制備方法簡單、快捷、靈活度高，可制備出不同組分的磁性上轉(zhuǎn)換納米復(fù)合材料。
[0023]2.磁性組分可切換，即可充分利用磁性組分可高效分離和磁靶向聚集的功能，又可在檢測過程中移除該組分，以消除其對上轉(zhuǎn)換發(fā)光的淬滅，提高檢測靈敏度。
[0024]3.制備的磁性上轉(zhuǎn)換納米復(fù)合材料表面具有大量的功能基團(tuán)，可與多種生物分子進(jìn)行偶聯(lián)。
[0025]
【具體實(shí)施方式】
[0026]1、超順磁性納米粒子表面氨基化處理
利用已知方法合成油相Fe3O4納米粒子分散在氯仿溶液中，與PEI的氯仿溶液按照溶質(zhì)質(zhì)量比為1:10混合，攪拌12小時(shí)后，加入正己烷，倒掉上層液，37°C真空烘干10分鐘，除去殘留的正己烷與氯仿，超聲分散于50 ml高純水中，得到氨基修飾的超順磁性Fe3O4納米粒子。
[0027]可將超順磁性Fe3O4納米粒子替換成Fe3O4或Fe2O3或CoFe2O或NiFeO4或MnFeO4或Fe或FePt等。
[0028]2、超順磁性Fe3O4納米粒子表面羧基化處理
向80 mg PAA, 15 ml THF溶液中加入10 mg超順磁性Fe3O4納米粒子，在30°C下攪拌12小時(shí)，離心洗滌3次，超聲分散于5 ml高純水中，得到羧基修飾的超順磁性Fe3O4納米粒子。
[0029]3、利用戊二醛法將超順磁性Fe3O4納米粒子與單鏈DNA I偶聯(lián)
取I所得表面氨基化處理的超順磁性Fe3O4納米粒子10 mg,與5 ml, 15%戍二醒混合，37°C反應(yīng)0.5小時(shí)，離心洗滌三次，分散于I ml高純水中，加入20 μ 1,25 mM DNA 1，37°C反應(yīng)0.5小時(shí)，吸磁洗滌三次后得到DNA I偶聯(lián)的Fe3O4納米粒子。
[0030]4、利用碳二亞胺縮合法將超順磁性Fe3O4納米粒子與單鏈DNA I偶聯(lián)
2所得表面羧基化處理的超順磁性Fe3O4納米粒子10 mg，與I ml EDC/NHS溶液混合，加入20 μ 1,25 mM DNA I，37°C反應(yīng)0.5小時(shí)，吸磁洗滌三次后得到DNA I偶聯(lián)的超順磁性Fe3O4納米粒子。
[0031]5、稀土摻雜上轉(zhuǎn)換納米粒子表面氨基化處理
利用已知方法合成油相NaYF4:Yb3+, Er3+納米粒子，分散在氯仿溶液中，與PEI的氯仿溶液按質(zhì)量比為1:10混合，常溫?cái)嚢?2小時(shí)后，加入正己烷，倒掉上層液后，37°C真空烘干10分鐘，除去殘留的正己烷與氯仿，加入50 ml高純水超聲分散，得到氨基修飾的NaYF4:Yb3+,Er3+上轉(zhuǎn)換納米粒子。
[0032]可將NaYF4:Yb3+, Er3+ 納米粒子替換成 NaYF4:Yb3+, Tm3+ 或 NaYF4:Yb3+, Ho3+ 或NaGdF4:Yb3+, Er3+ 或 NaGdF4:Yb' Tm3+ 或 NaGdF4:Yb3+, Ho3+ 等。
[0033]6、稀土摻雜上轉(zhuǎn)換納米粒子表面羧基化處理
向80 mg PAA, 15 ml THF溶液中加入20 mg NaYF4:Yb3+，Er3+上轉(zhuǎn)換納米粒子，在30°C下攪拌12小時(shí)，離心洗滌3次，超聲分散于5 ml高純水中，得到羧基修飾的NaYF4:Yb3+, Er3+上轉(zhuǎn)換納米粒子。
[0034]7、利用戊二醛法將稀土摻雜NaYF4:Yb3+, Er3+上轉(zhuǎn)換納米粒子與單鏈DNA 2偶聯(lián) 取5所得的稀土摻雜NaYF4:Yb3+，Er3+上轉(zhuǎn)換納米粒子10 mg,與5 ml，15%戊二醛混合，
37°C反應(yīng)0.5小時(shí)，離心洗滌三次，分散于I ml高純水中，加入20 μ 1,25 mM DNA 2，37°C反應(yīng)0.5小時(shí)，離心洗滌三次后得到DNA 2偶聯(lián)的稀土摻雜NaYF4:Yb3+, Er3+上轉(zhuǎn)換納米粒子。[0035]8、利用碳二亞胺縮合法將稀土摻雜上轉(zhuǎn)換納米粒子與單鏈DNA 2偶聯(lián)
取6所得的稀土摻雜NaYF4:Yb3+, Er3+上轉(zhuǎn)換納米粒子10 mg,與I ml EDC/NHS溶液混合，加入20 μ 1,25 mM DNA 2溶液，37°C反應(yīng)0.5小時(shí)，離心洗滌三次后得到DNA 2偶聯(lián)的稀土摻雜NaYF4:Yb3+, Er3+上轉(zhuǎn)換納米粒子。
[0036]9、磁性上轉(zhuǎn)換納米復(fù)合材料的制備(I)
將3或4得到的DNAl偶聯(lián)的超順磁性磁性Fe3O4納米粒子與7或8所得DNA2偶聯(lián)的稀土摻雜NaYF4:Yb3+，Er3+上轉(zhuǎn)換納米粒子按摩爾比為10:1混合，37°C反應(yīng)0.5小時(shí)，吸磁洗滌三次后，分散于I ml高純水中，得到磁性上轉(zhuǎn)換納米復(fù)合材料。
[0037]10、磁性上轉(zhuǎn)換納米復(fù)合材料的制備(2)
將9中摩爾比換為1:10，其余反正過程和條件不變。
[0038]11、磁性上轉(zhuǎn)換納米復(fù)合材料的制備(3)
將9和10的37°C反應(yīng)0.5小時(shí)換為37°C反應(yīng)6小時(shí)，其余反應(yīng)過程和條件不變。
[0039]12、通過加入競爭DNA移除磁性組分(I)
取9或10或11所得的磁性上轉(zhuǎn)換納米復(fù)合材料I ml，加入500 μ 1,25 Mm競爭DNA3，37°C反應(yīng)2小時(shí) ，利用磁分離技術(shù)，實(shí)現(xiàn)磁性組分的移除。
[0040]13、通過加入競爭DNA移除磁性組分(2)
將12中加入DNA 3的量換為100 μ 1，反應(yīng)時(shí)間換為8小時(shí)，其余反應(yīng)過程和條件不變。
[0041]14、通過調(diào)節(jié)pH值移除磁性組分
取9或10或11所得的磁性上轉(zhuǎn)換納米復(fù)合材料I ml，加入NaOH溶液，調(diào)節(jié)溶液pH值使之大于11，37°C反應(yīng)2小時(shí)，利用磁分離技術(shù)，實(shí)現(xiàn)磁性組分的移除。
[0042]15、通過升高溫度移除磁性組分
取9或10或11所得的磁性上轉(zhuǎn)換納米復(fù)合材料I ml,94°C下震蕩0.5小時(shí),保持該溫度的條件下，利用磁分離技術(shù)，實(shí)現(xiàn)磁性組分的移除。
【權(quán)利要求】
1.磁性組分可切換的磁性上轉(zhuǎn)換納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于: (1)、將已知合成方法的超順磁性納米粒子表面氨基化或羧基化處理后，利用戊二醛法或碳二亞胺縮合法與單鏈DNA I偶聯(lián): (a)超順磁性納米粒子表面氨基化后利用戊二醛法與單鏈DNA I偶聯(lián):將磁性納米材料與聚乙烯亞胺PEI的氯仿溶液按質(zhì)量比1:10，攪拌12小時(shí)后，加入正己烷，倒掉上清液，37°C真空烘干10分鐘，除去殘留的正己烷與氯仿，超聲分散于50 ml高純水中，得到氨基化處理的超順磁性納米粒子； 取10 mg氨基化處理的超順磁性納米粒子，與5 ml，15%戊二醛混合，37°C反應(yīng)0.5小時(shí)，離心洗滌三次，分散于I ml高純水中，加入20 μ 1，25 mM DNA 1，37°C反應(yīng)0.5小時(shí)，吸磁洗滌三次后得到DNA I偶聯(lián)的超順磁性納米粒子； (b)超順磁性納米粒子表面羧基化后利用碳二亞胺縮合法與單鏈DNA I偶聯(lián):向80 mgPM’ 15 ml四氫呋喃THF溶液中加入10 mg超順磁性納米粒子，在30°C下攪拌12小時(shí)，離心洗滌3次，超聲分散于5 ml高純水中，得到羧基化處理的超順磁性納米粒子； 將10 mg表面羧基修飾的超順磁性納米粒子與I ml EDC/NHS混合后，加入20 μ 1，25 mMDNA 1，37°C反應(yīng)0.5小時(shí)，吸磁或離心洗滌三次后得到DNA I偶聯(lián)的超順磁性納米粒子； (2)、將已知合成方法的稀土摻雜上轉(zhuǎn)換納米粒子表面氨基化或羧基化處理后，利用戊二醛法或碳二亞胺縮合法與單鏈DNA 2偶聯(lián): Ca)上轉(zhuǎn)換納米粒子表面氨基化后利用戊二醛法與單鏈DNA 2偶聯(lián):將上轉(zhuǎn)換納米材料與PEI的氯仿溶液按質(zhì)量比1:10，攪拌12小時(shí)后，加入正己烷，倒掉上清液，37°C真空烘干10分鐘，除去殘留的正己烷與氯仿，超聲分散于50 ml高純水中； 取10 mg氨基化處理的上轉(zhuǎn)換納米粒子，與5 ml, 15%戊二醛混合，37°C反應(yīng)0.5小時(shí)，離心洗滌三次，分散于I ml高純水中，加入20 μ 1，25 mM DNA 2，37°C反應(yīng)0.5小時(shí)，離心洗滌三次后得到DNA 2偶聯(lián)的上轉(zhuǎn)換納米粒子； (b)上轉(zhuǎn)換納米粒子表面羧基化后利用碳二亞胺縮合法與單鏈DNA 2偶聯(lián):向80 mgPM’ 15 ml四氫呋喃THF的溶液中加入20 mg稀土摻雜上轉(zhuǎn)換納米粒子，在30°C下攪拌12小時(shí)，離心洗滌3次，超聲分散于5 ml高純水中，得到羧基化處理的上轉(zhuǎn)換納米粒子； 將10 mg表面羧基修飾的上轉(zhuǎn)換納米粒子與I ml EDC/NHS混合后，加入20 μ 1，25 mMDNA 2，37°C反應(yīng)0.5小時(shí)，離心洗滌三次后得到DNA 2偶聯(lián)的稀土摻雜上轉(zhuǎn)換納米粒子； (3)、將上述得到DNAI偶聯(lián)的超順磁性納米粒子與DNA 2偶聯(lián)的上轉(zhuǎn)換納米粒子按照10:1至1:10的摩爾比混合，370C反應(yīng)0.5-6小時(shí)，吸磁洗滌三次，分散于I ml高純水中，得到磁性上轉(zhuǎn)換納米復(fù)合材料； (4)、向磁性上轉(zhuǎn)換納米復(fù)合材料中加入競爭DNA3或調(diào)節(jié)溶液pH值或升高溫度，移除磁性組分: Ca)向磁性上轉(zhuǎn)換納米復(fù)合材料中加入競爭DNA 3移除磁性組分:取磁性上轉(zhuǎn)換納米復(fù)合材料I ml，加入100-500 μ 1，25 mM DNA 3，37°C反應(yīng)2-8小時(shí)，利用磁分離技術(shù)，移除磁性組分； (b)調(diào)節(jié)磁性上轉(zhuǎn)換納米復(fù)合材料的pH值移除磁性組分:取磁性上轉(zhuǎn)換納米復(fù)合材料I ml，加入NaOH溶液，使溶液pH值大于11，37°C反應(yīng)2小時(shí)，利用磁分離技術(shù)，移除磁性組分；(C)升高磁性上轉(zhuǎn)換納米復(fù)合材料的溫度移除磁性組分:取磁性上轉(zhuǎn)換納米復(fù)合材料Iml, 94°C下震蕩0.5小時(shí)，利用磁分離技術(shù)，移除磁性組分。
2.按照權(quán)利要求1的磁性組分可切換的磁性上轉(zhuǎn)換納米復(fù)合材料及其制備方法，其特征在于:所述的超順磁性納米粒子選用Fe或FePt或Fe3O4或Fe2O3或CoFe2O或NiFeO4或MnFeO40
3.按照權(quán)利要求1的磁性組分可切換的磁性上轉(zhuǎn)換納米復(fù)合材料及其制備方法，其特征在于:所述的稀土摻雜上轉(zhuǎn)換納米粒子選用NaYF4:Yb3+, Er3+或NaYF4:Yb3+, Tm3+或NaYF4:Yb3+, Ho3+ 或 NaGdF4:Yb3+, Er3+ 或 NaGdF4:Yb3+, Tm3+ 或 NaGdF4:Yb3+, Ho3+。
【文檔編號】C09K11/02GK103897698SQ201410134142
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月4日
【發(fā)明者】洪霞, 劉益春, 叢鐵 申請人:東北師范大學(xué)