專利名稱：一種上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的表面包覆方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光子學(xué)及材料學(xué)交叉技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的表面包覆方法。
背景技術(shù)：
上轉(zhuǎn)換熒光納米材料作為一類新型的熒光劑，具有近紅外激發(fā)、高的信噪比，低毒性等優(yōu)點(diǎn)，在生物成像特別是活體生物成像方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢。現(xiàn)有的上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的合成方法主要是采用油酸作為表面活性劑，制備出的上轉(zhuǎn)換熒光納米材料能夠分散在有機(jī)溶劑中，卻不易分散在水環(huán)境中。因此，要將上轉(zhuǎn)換熒光納米材料應(yīng)用到生物成像中，就需對(duì)其進(jìn)行更多的包覆，一方面提高材料在水溶液中的穩(wěn)定性，一方面提高其生物適用性。目前常見的上轉(zhuǎn)換熒光納米材料包覆主要是二氧化硅包覆和高分子聚合物包覆兩種方法。二氧化硅包覆的基本原理是利用正硅酸乙酯在納米材料表面發(fā)生自身水解反應(yīng)形成一層二氧化硅，主要化學(xué)反應(yīng)方程式如下所示
Si(OC2H5)+2H20_^ Si02+4
C2H5OH
經(jīng)過二氧化硅包覆后的上轉(zhuǎn)換熒光納米材料能夠良好的分散在水溶液中，同時(shí)在二氧化硅層表面可以方便的進(jìn)行功能化基團(tuán)的修飾，在有機(jī)染料、金屬顆粒、量子點(diǎn)等材料表面包覆的應(yīng)用也十分廣泛。高分子聚合物包覆主要是采用共沉淀法，在納米材料表面包覆一層親水的高分子聚合物，從而提高納米材料在水溶液中的穩(wěn)定性和生物兼容性。需要指出的是，上述兩種包覆方法都存在著一些缺點(diǎn)
I. 二氧化硅層的存在增大了材料的尺寸，不利于材料在生物體內(nèi)的循環(huán)，易被免疫系統(tǒng)捕獲，而且在納米顆粒表面包覆二氧化硅的程序較為復(fù)雜，反應(yīng)過程存在相當(dāng)?shù)碾y度和多樣性。2.采用共沉淀法在納米材料表面包覆的高分子聚合物分子間并未進(jìn)行有效的聯(lián)接，表面包覆層的穩(wěn)定性較差，很難適應(yīng)復(fù)雜的生物體環(huán)境。3.無論是二氧化硅還是高分子聚合物，都不是生物體自身內(nèi)具有的材料，在生物
兼容性方面有一定局限。基于以上幾點(diǎn)考慮，研究一種更為簡單高效、生物兼容性高的上轉(zhuǎn)換熒光納米材料包覆方法顯得十分必要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是基于研究簡單高效、生物兼容性好的上轉(zhuǎn)換熒光納米材料包覆方法的思路，采用牛血清蛋白作為表面活性劑，在超聲分散的四氫呋喃和水混合液中，利用反溶劑法對(duì)上轉(zhuǎn)換熒光納米材料表面進(jìn)行牛血清蛋白包覆，隨后加入戊二醛將納米材料表面的牛血清蛋白分子進(jìn)行聯(lián)接，提高表面包覆層的穩(wěn)定性。其中用到的表面包覆劑是生物體中提取的蛋白分子，具有極高的生物兼容性，對(duì)于利用上轉(zhuǎn)換熒光納米材料進(jìn)行活體成像研究的開展創(chuàng)造了便利。本發(fā)明的上轉(zhuǎn)換熒光納米材料包覆方法步驟如下
I.按照質(zhì)量比率上轉(zhuǎn)換熒光納米材料(UCNPs)粉末牛血清蛋白(BSA)粉末為1:1 I. I稱取該兩種粉末分別放入兩個(gè)離心管中。在裝有UCNPs粉末的離心管中加入一定量的四氫呋喃并超聲分散I 2分鐘，得到UCNPs濃度為I I. lmg/mL的四氫呋喃溶液。在裝有BSA粉末的離心管中加入一定量的去離子水并超聲分散I 2分鐘，得到BSA濃度為I I. lmg/mL的水溶液。2.將裝有UCNPs溶液的離心管置于超聲清洗器中，將BSA的水溶液逐滴加入其中。在這個(gè)過程中，BSA分子通過在四氫呋喃-水混合液中的反溶劑化作用，包覆到上轉(zhuǎn)換熒光納米材料外表面。3.待BSA水溶液滴加完畢后，向混合溶液中加入8 10微升戊二醛溶液，然后將 溶液靜置24 36小時(shí)，使戊二醛跟BSA分子充分交聯(lián)反應(yīng)，形成穩(wěn)定致密的包覆層。4.對(duì)混合溶液進(jìn)行離心處理，取底部沉淀重新分散到去離子水中，重復(fù)離心、分散過程，然后將最后獲得的沉淀置于空氣中干燥，可得BSA包覆的上轉(zhuǎn)換熒光納米材料固體粉末。實(shí)現(xiàn)上述BSA包覆上轉(zhuǎn)換熒光納米材料方法所需試劑包括油溶性上轉(zhuǎn)換熒光納米材料粉末，牛血清蛋白粉末，戊二醛，四氫呋喃。所需的實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)備包括超聲波清洗器，離心機(jī)，移液槍。本發(fā)明方法采用的牛血清蛋白作為上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的外層包覆劑，利用戊二醛將牛血清蛋白分子交聯(lián)起來，形成致密的外層包覆結(jié)構(gòu)，使得納米材料具有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)。同時(shí)，牛血清蛋白作為一種生物體內(nèi)天然存在的蛋白分子，比二氧化硅或聚乙二醇(PEG)等傳統(tǒng)包覆材料具有更好的生物兼容性，在生物成像領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。


圖I為本發(fā)明方法的原理及流程圖。圖2為本發(fā)明方法制備的包覆有牛血清蛋白的上轉(zhuǎn)換熒光納米材料水溶液在980nm激光激發(fā)下的熒光發(fā)射光譜。插圖為本發(fā)明方法制備的包覆有牛血清蛋白的上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的水溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為lmg/mL)在白光和980nm激光照射下的數(shù)碼相機(jī)照片。實(shí)施例I
分別稱取10毫克上轉(zhuǎn)換熒光納米材料(UCNPs)和10毫克牛血清蛋白(BSA)粉末裝入兩個(gè)50mL離心管中，向裝有UCNPs的離心管中加入10毫升四氫呋喃溶液，向裝有BSA的離心管中加入10毫升去離子水，然后將兩個(gè)離心管放到超聲清洗器中超聲I分鐘后取出。把裝有UCNPs溶液的離心管重新放入超聲清洗器中，用移液槍將BSA溶液逐滴加入到裝有UCNPs溶液的離心管中。待BSA溶液滴加完畢后，向混合溶液中加入8微升戊二醛溶液，然后將溶液靜置24小時(shí)。待反應(yīng)完全用離心法分離出沉淀物，用去離子水反復(fù)清洗，置于空氣中干燥后，可得包覆有牛血清蛋白的上轉(zhuǎn)換熒光納米材料固體粉末。實(shí)施例2
分別稱取10毫克上轉(zhuǎn)換熒光納米材料(UCNPs)和11毫克牛血清蛋白(BSA)粉末裝入兩個(gè)50mL離心管中，向裝有UCNPs的離心管中加入10毫升四氫呋喃溶液，向裝有BSA的離心管中加入11毫升去離子水，然后將兩個(gè)離心管放到超聲清洗器中超聲2分鐘后取出。把裝有UCNPs溶液的離心管重新放入超聲清洗器中，用移液槍將BSA溶液逐滴加入到裝有UCNPs溶液的離心管中。待BSA溶液滴加完畢后，向混合溶液中加入10微升戊二醛溶液，然后將溶液靜置36小時(shí)。待反應(yīng)完全用離心法分離出沉淀物，用去離子水反復(fù)清洗，置于空氣中干燥后，可得包覆有牛血清蛋白的上轉(zhuǎn)換熒光納米材料固體粉末。實(shí)施例3
分別稱取10毫克上轉(zhuǎn)換熒光納米材料(UCNPs)和10. 5毫克牛血清蛋白(BSA)粉末裝入兩個(gè)50mL離心管中，向裝有UCNPs的離心管中加入10毫升四氫呋喃溶液，向裝有BSA的離心管中加入10. 5毫升去離子水，然后將兩個(gè)離心管放到超聲清洗器中超聲I. 5分鐘后取出。把裝有UCNPs溶液的離心管重新放入超聲清洗器中，用移液槍將BSA溶液逐滴加入到裝有UCNPs溶液的離心管中。待BSA溶液滴加完畢后，向混合溶液中加入9微升戊二醛溶液，然后將溶液靜置30小時(shí)。待反應(yīng)完全用離心法分離出沉淀物，用去離子水反復(fù)清洗，置于空氣中干燥后，可得包覆有牛血清蛋白的上轉(zhuǎn)換熒光納米材料固體粉末。實(shí)施例4
分別稱取10毫克上轉(zhuǎn)換熒光納米材料(UCNPs)和10毫克牛血清蛋白(BSA)粉末裝入兩個(gè)50mL離心管中，向裝有UCNPs的離心管中加入11毫升四氫呋喃溶液，向裝有BSA的離心管中加入11毫升去離子水，然后將兩個(gè)離心管放到超聲清洗器中超聲I分鐘后取出。把裝有UCNPs溶液的離心管重新放入超聲清洗器中，用移液槍將BSA溶液逐滴加入到裝有UCNPs溶液的離心管中。待BSA溶液滴加完畢后，向混合溶液中加入8微升戊二醛溶液，然后將溶液靜置24小時(shí)。待反應(yīng)完全用離心法分離出沉淀物，用去離子水反復(fù)清洗，置于空氣中干燥后，可得包覆有牛血清蛋白的上轉(zhuǎn)換熒光納米材料固體粉末。實(shí)施例5
分別稱取10. 5毫克上轉(zhuǎn)換熒光納米材料(UCNPs)和10. 5毫克牛血清蛋白(BSA)粉末裝入兩個(gè)50mL離心管中，向裝有UCNPs的離心管中加入10毫升四氫呋喃溶液，向裝有BSA的離心管中加入10毫升去離子水，然后將兩個(gè)離心管放到超聲清洗器中超聲I. 5分鐘后取出。把裝有UCNPs溶液的離心管重新放入超聲清洗器中，用移液槍將BSA溶液逐滴加入到裝有UCNPs溶液的離心管中。待BSA溶液滴加完畢后，向混合溶液中加入10微升戊二醛溶液，然后將溶液靜置24小時(shí)。待反應(yīng)完全用離心法分離出沉淀物，用去離子水反復(fù)清洗，置于空氣中干燥后，可得包覆有牛血清蛋白的上轉(zhuǎn)換熒光納米材料固體粉末。實(shí)施例6
分別稱取10毫克上轉(zhuǎn)換熒光納米材料(UCNPs)和10毫克牛血清蛋白(BSA)粉末裝入兩個(gè)50mL離心管中，向裝有UCNPs的離心管中加入10毫升四氫呋喃溶液，向裝有BSA的離心管中加入10毫升去離子水，然后將兩個(gè)離心管放到超聲清洗器中超聲2分鐘后取出。把裝有UCNPs溶液的離心管重新放入超聲清洗器中，用移液槍將BSA溶液逐滴加入到裝有UCNPs溶液的離心管中。待BSA溶液滴加完畢后，向混合溶液中加入9微升戊二醛溶液，然后將溶液靜置36小時(shí)。待反應(yīng)完全用離心法分離出沉淀物，用去離子水反復(fù)清洗，置于空氣中干燥后，可得包覆有牛血清蛋白的上轉(zhuǎn)換熒光納米材料固體粉末。以下對(duì)本發(fā)明內(nèi)容作進(jìn)一步說明。 如圖I所示，BSA分子先是通過在四氫呋喃-水混合液中的反溶劑化作用，包覆到上轉(zhuǎn)換熒光納米材料外表面，然后經(jīng)過戊二醛分子的交聯(lián)作用，形成穩(wěn)定致密的包覆層。如圖2所示，基于本發(fā)明方法制備的包覆有牛血清蛋白的上轉(zhuǎn)換熒光納米材料在980nm激光器激 發(fā)下具有良好的上轉(zhuǎn)換熒光效應(yīng)。并且表明基于本發(fā)明方法包覆有牛血清蛋白的上轉(zhuǎn)換熒光納米材料在水溶液中具有良好的分散性。
權(quán)利要求
1.一種上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的表面包覆方法，其特征在于該方法采用了牛血清蛋白作為材料的表面包覆劑，并包括如下步驟 步驟I.按照質(zhì)量比率上轉(zhuǎn)換熒光納米材料粉末牛血清蛋白粉末為1:1 I. I稱取該兩種粉末分別放入兩個(gè)離心管中，在裝有上轉(zhuǎn)換熒光納米材料粉末的離心管中加入一定量的四氫呋喃并超聲分散I 2分鐘，得到上轉(zhuǎn)換熒光納米材料濃度為I I. lmg/mL的四氫呋喃溶液；在裝有牛血清蛋白粉末的離心管中加入一定量的去離子水并超聲分散I 2分鐘，得到牛血清蛋白濃度為I I. lmg/mL的水溶液； 步驟2.將裝有上轉(zhuǎn)換熒光納米材料溶液的離心管置于超聲清洗器中，將牛血清蛋白的水溶液逐滴加入其中；在這個(gè)過程中，牛血清蛋白分子通過在四氫呋喃-水混合液中的反溶劑化作用，包覆到上轉(zhuǎn)換熒光納米材料外表面； 步驟3.待牛血清蛋白水溶液滴加完畢后，向混合溶液中加入8 10微升戊二醛溶液，然后將溶液靜置24 36小時(shí)，使戊二醛跟牛血清蛋白分子充分交聯(lián)反應(yīng)，形成穩(wěn)定致密的包覆層； 步驟4.對(duì)混合溶液進(jìn)行離心處理，取底部沉淀重新分散到去離子水中，重復(fù)離心、分散過程，然后將最后獲得的沉淀置于空氣中干燥，可得牛血清蛋白包覆的上轉(zhuǎn)換熒光納米材料固體粉末。
全文摘要
本發(fā)明屬于光子學(xué)及材料學(xué)交叉技術(shù)領(lǐng)域，基于研究簡單高效、生物兼容性好的上轉(zhuǎn)換熒光納米材料包覆方法的思路，采用牛血清蛋白作為表面活性劑，在超聲分散的四氫呋喃和水混合液中，利用反溶劑法對(duì)上轉(zhuǎn)換熒光納米材料表面進(jìn)行牛血清蛋白包覆，隨后加入戊二醛將納米材料表面的牛血清蛋白分子進(jìn)行聯(lián)接，提高表面包覆層的穩(wěn)定性。其中用到的表面包覆劑是生物體中提取的蛋白分子，具有極高的生物兼容性，對(duì)于利用上轉(zhuǎn)換熒光納米材料進(jìn)行活體成像研究的開展創(chuàng)造了便利。
文檔編號(hào)B82Y20/00GK102618257SQ201210060849
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月9日
發(fā)明者何賽靈, 王丹, 詹求強(qiáng), 錢駿 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)