專利名稱：復合型硅殼結構的熒光納米探針及其制備方法和應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于納米材料學和生物分析化學領域，具體涉及一種生物功能化的羅丹明染料/ 納米金/二氧化硅復合型硅殼結構的熒光納米探針及其制備方法和應用。
背景技術：
羅丹明染料(如羅丹明B、羅丹明6G)具有強烈的熒光，被廣泛應用于各種生物分析 技術中，包括生物大分子的熒光標記、熒光免疫分析檢測及靶向熒光成像等。其中，羅丹 明染料在熒光標記技術中的應用備受關注。
利用熒光染料作為標記物己經在生物醫(yī)學的許多領域，特別是細胞標記和成像中得到 廣泛的應用。隨著研究的進一步深入，要求檢測靈敏度進一步的提高，熒光染料由于其標 記效率低、光穩(wěn)定性差和相對低的熒光強度等缺點已經限制了其在該領域的應用和發(fā)展。 隨之而發(fā)展起來的硅殼型熒光納米粒子，由于其克服了熒光染料的光穩(wěn)定性差和相對低的 熒光強度等缺點，成為新一代最具有發(fā)展前景的熒光標記物之一。
表面修飾上特異性生物分子的硅殼型熒光納米探針與光學成像技術相結合，可以實現(xiàn) 對標記分子的靶向觀測。但現(xiàn)有的以羅丹明染料直接標記的探針普遍存在熒光效率低，光 穩(wěn)定性差，染料易泄露等缺點。
發(fā)明內容
針對現(xiàn)有的熒光納米探針的缺限與不足，本發(fā)明的目的是提供一種熒光效率高，粒徑 可控，工藝簡單，穩(wěn)定性好的復合型硅殼結構的熒光納米探針及其在生物醫(yī)學領域中的應 用。
本發(fā)明的目的通過以下技術方案實現(xiàn)-.
一種復合型硅殼結構的熒光納米探針，是以復合型硅殼結構的熒光納米粒子為基質材 料，其表面偶聯(lián)了生物分子；
所述復合型硅殼結構的熒光納米粒子的外殼成分為二氧化硅，熒光內核是由納米金及 其表面包裹的羅丹明染料組成。
為更好的實現(xiàn)本發(fā)明的技術方案
上述納米金的粒徑優(yōu)選為25±5 nm，復合型硅殼結構的熒光納米粒子的粒徑優(yōu)選為60士10nm。
上述生物分子可以是具有生物功能的小分子藥物、氨基酸、多肽、蛋白質、核苷酸或 核酸等類別以及生物標記領域公知的其他分子，并完全可以利用公知的技術標記上述復合 型硅殼結構的熒光納米粒子得到。
本發(fā)明還提供了上述復合型硅殼結構的熒光納米探針的制備方法，具體包括以下步驟-
(1) 復合型硅殼結構的熒光納米粒子的制備
a. 在納米金溶液中，按納米金與羅丹明染料的摩爾比為1:1-4加入羅丹明染料溶液， 反應持續(xù)6-12h，得到包裹了染料的納米金溶液，稱為反應液；
b. 在磁力攪拌下加入氨水到a.得到的反應液中，調節(jié)溶液的pH值在10-11之間；
c. 向b.得到的反應液中按納米金與正硅酸乙酯的摩爾比為1:1-6加入正硅酸乙酯的乙 醇溶液，在磁力攪拌下反應12-24h，即可得到所述復合型硅殼結構的熒光納米粒子；
(2) 步驟(1)所得熒光納米粒子的氨基化在磁力攪拌下，將復合型硅殼結構的熒 光納米粒子和氨基丙基三甲氧基硅垸的乙醇溶液以摩爾比為100-500:1的比例反應12-24h， 即可得到氨基化的復合型硅殼結構的熒光納米粒子；
(3) 連接生物分子將氨基化的熒光納米粒子與生物耦連劑以摩爾比為1-4:1的比例 相混合，再加入待連接的生物分子(1.0-10.0 mg/ml)，在4'C下避光孵育6-12h;離心過濾， 并將標記上生物分子的熒光納米粒子重新分散在磷酸鹽緩沖溶液(pH 7.0-7.8)中，即可到 連接上生物分子的熒光納米探針，于4'C以下貯存。
所述步驟(1)中，所述納米金溶液的摩爾濃度優(yōu)選為1.0xlO—6-5.0xl(T6mol/L;所述羅 丹明染料溶液的摩爾濃度優(yōu)選為5.0xlO—6-1.0xl(T5mol/L;所述正硅酸乙酯的乙醇溶液的摩 爾濃度優(yōu)選為1.0xl(T3-5.0xl(r3mol/L;所述納米金的粒徑優(yōu)選為25±5 nm;所述復合型硅殼 結構的熒光納米粒子的粒徑優(yōu)選為60±10nm。
所述歩驟(2)中，所述氨基丙基三甲氧基硅烷的乙醇溶液的摩爾濃度優(yōu)選為 1.0xlO-3-5.0xl(T3 mol/L。
所述步驟(3)中，所述生物耦連劑可以是本領域常用的偶聯(lián)劑，但優(yōu)選乙基3-(3-二甲 氨基)碳二亞胺鹽酸鹽，其摩爾濃度范圍優(yōu)選0.1-1.0 mol/L。
上述生物功能化的復合型硅殼結構的熒光納米探針既有優(yōu)異的熒光特性又具有生物活 性，能應用于生物標記和生物檢測等領域。利用熒光納米探針表面固定的生物分子對細胞 表面特異性表達分子的高識別能力，將生物功能化的熒光納米探針與細胞在37'C孵育，可 以實現(xiàn)對細胞表面特異性分子的準確標記；進一步利用激光共聚焦顯微鏡可以實現(xiàn)對細胞
5表面特異性分子的熒光識別。
相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明具有如下有益效果
本發(fā)明將復合型硅殼結構的熒光納米粒子表面氨基功能化，然后通過酰胺鍵與生物分 子相連，實現(xiàn)了復合型硅殼結構的熒光納米粒子表面的生物功能化及其在細胞標記上的應 用。本發(fā)明的方法通過結合高特異型的分子識別和熒光納米探針的信號放大作用來提高熒 光標記的準確性。生物功能化的熒光納米探針制備簡單、步驟較少、熒光效率較高，能實 現(xiàn)對細胞表面特異性分子的熒光標記。在生物標記和生物檢測領域具有一定的應用前景。
圖1為生物功能化的羅丹明染料/納米金/二氧化硅復合型硅殼結構的熒光納米探針的結構 示意圖。
圖2為復合型硅殼結構的熒光納米探針標記宮頸癌細胞3h后的激光共聚焦顯微鏡圖。 其中，A使用表面標記上轉鐵蛋白分子熒光納米探針，B使用未標記上生物分子的熒光納 米探針。
具體實施例方式
下面結合實施例，對本發(fā)明做進一步地詳細說明，但本發(fā)明的實現(xiàn)方式并不局限于此。 實施例1轉鐵蛋白標記的羅丹明B/納米金/二氧化硅復合型硅殼結構的熒光納米探針 對宮頸癌細胞的特異性標記
(1) 羅丹明B/納米金/二氧化硅復合型硅殼結構的熒光納米粒子的制備
采用氯金酸-檸檬酸鈉還原法制備粒徑為25±5 nm的納米金溶液；再向納米金溶液中加 入摩爾比為1:1的羅丹明B溶液(5.0xl(T6 mol/L)，反應持續(xù)6h，得到包裹上羅丹明B染 料的納米金溶液，稱為反應液。通過氨水調節(jié)反應液的pH值在10-11之間。在磁力攪拌下， 向上述反應液中按納米金與正硅酸乙酯的摩爾比為1:1加入正硅酸乙酯的乙醇溶液 (l.Oxl(T3 mol/L)，在磁力攪拌下反應12h，即可得到粒徑為50 60 nm的羅丹明B/納米金/ 二氧化硅復合型硅殼結構的熒光納米粒子。
(2) 氨基化的熒光納米粒子與生物分子的連接在磁力攪拌下，將復合型硅殼結構的 熒光納米粒子和氨基丙基三甲氧基硅烷的乙醇溶液(l.Oxl(T3 mol/L)以摩爾比為100:1的 比例反應12h，即可得到氨基化的復合型硅殼結構的熒光納米粒子；將氨基化的熒光納米 粒子與O.l mol/L生物耦連劑(乙基3-(3-二甲氨基)碳二亞胺鹽酸鹽)以摩爾比為l:l的比 例相混合，再加入待連接的生物分子(1.0mg/ml)，在4。C下避光孵育12h。以5000rpm的速度，離心過濾10min，并將標記上生物分子的熒光納米粒子重新分散在磷酸鹽緩沖溶液 (pH 7.0-7.8)中，即可到標記上轉鐵蛋白分子的熒光納米探針，于4。C貯存。
G)生物功能化的熒光納米探針對宮頸癌細胞上特異表達的轉鐵蛋白受體的特異性識 別利用生物功能化的熒光納米探針表面固定的轉鐵蛋白分子對宮頸癌細胞表面高度表達 的轉鐵蛋白受體的特異性識別，將標記上轉鐵蛋白分子的熒光納米探針與宮頸癌細胞在 37"C孵育3h。將細胞置于激光共聚焦顯微鏡下觀察，以綠光激發(fā)，宮頸癌細胞膜表面特異 性表達的轉鐵蛋白受體發(fā)橙紅色的熒光，實現(xiàn)對細胞表面特異性分子的熒光識別。
實施例2轉鐵蛋白標記的羅丹明B/納米金/二氧化硅復合型硅殼結構的熒光納米探針 對宮頸癌細胞的特異性標記
(1) 羅丹明B/納米金/二氧化硅復合型硅殼結構的熒光納米粒子的制備(粒徑較大的 熒光納米粒子)
采用氯金酸-檸檬酸鈉還原法制備粒徑為25±5 nm的納米金溶液；再向納米金溶液中加 入摩爾比為1:4的羅丹明B溶液(l.Oxl(T5 mol/L)，反應持續(xù)12h，得到包裹上羅丹明B染 料的納米金溶液，稱為反應液。通過氨水調節(jié)反應液的pH值在10-11之間。在磁力攪拌下， 向上述反應液中加入按納米金與正硅酸乙酯摩爾比為1:6加入正硅酸乙酯的乙醇溶液 (5.0x10—3 mol/L)，在磁力攪拌下反應24h，即可得到粒徑為60 70 nm的羅丹明B/納米金/ 二氧化硅復合型硅殼結構的熒光納米粒子。
(2) 氨基化的熒光納米粒子與生物分子的連接在磁力攪拌下，將復合型硅殼結構的 熒光納米粒子和氨基丙基三甲氧基硅垸的乙醇溶液(5.0xl0'3 mol/L)以摩爾比為500:1的 比例反應24h，即可得到氨基化的復合型硅殼結構的熒光納米粒子；將氨基化的熒光納米 粒子與1.0 mol/L生物耦連劑(乙基3-(3-二甲氨基)碳二亞胺鹽酸鹽)以摩爾比為4:1的比 例相混合，再加入待連接的生物分子U0.0mg/ml)，在4匸下避光孵育12h。以5000rpm的 速度，離心過濾10min，并將標記上生物分子的熒光納米粒子重新分散在磷酸鹽緩沖溶液
(pH 7.0-7.8)中，即可到標記上轉鐵蛋白分子的熒光納米探針，于4'C貯存。
G)生物功能化的熒光納米探針對宮頸癌細胞上特異表達的轉鐵蛋白受體的特異性識 別利用生物功能化的熒光納米探針表面固定的轉鐵蛋白分子對宮頸癌細胞表面高度表達 的轉鐵蛋白受體的特異性識別，將標記上轉鐵蛋白分子的熒光納米探針與宮頸癌細胞在 37'C孵育3h。將細胞置于激光共聚焦顯微鏡下觀察，以綠光激發(fā)，宮頸癌細胞膜表面特異 性表達的轉鐵蛋白受體發(fā)橙紅色的熒光，實現(xiàn)對細胞表面特異性分子的熒光識別。
實施例3轉鐵蛋白標記的羅丹明6G/納米金/二氧化硅復合型硅殼結構的熒光納米探針對宮頸癌細胞的特異性標記
(1) 羅丹明6G/納米金/二氧化硅復合型硅殼結構的熒光納米粒子的制備 采用氯金酸-檸檬酸鈉還原法制備粒徑為25±5 nm的納米金溶液；再向納米金溶液中加
入摩爾比為1:4的羅丹明6G溶液(l.Oxl(T5 mol/L)，反應持續(xù)6h，得到包裹上羅丹明6G 染料的納米金溶液，稱為反應液。通過氨水調節(jié)反應液的pH值在10-11之間。在磁力攪拌 下，向上述反應液中加入按納米金與正硅酸乙酯的摩爾比為1:1加入正硅酸乙酯的乙醇溶 液(5.0x10—3 mol/L)，在磁力攪拌下反應24h，即可得到粒徑為50~60 nm的羅丹明6G/納米 金/二氧化硅復合型硅殼結構的熒光納米粒子。
(2) 氨基化的熒光納米粒子與生物分子的連接在磁力攪拌下，將復合型硅殼結構的 熒光納米粒子和氨基丙基三甲氧基硅烷的乙醇溶液(5.0xl(T3 mol/L)以摩爾比為500:1的 比例反應24h，即可得到氨基化的復合型硅殼結構的熒光納米粒子；將氨基化的熒光納米 粒子與1.0 mol/L生物耦連劑(乙基3-(3-二甲氨基)碳二亞胺鹽酸鹽)以摩爾比為4:1的比 例相混合，再加入待連接的生物分子(1.0mg/ml)，在4。C下避光孵育12h。以5000rpm的 速度，離心過濾10min，并將標記上生物分子的熒光納米粒子重新分散在磷酸鹽緩沖溶液
(pH 7.0-7.8)中，即可到標記上轉鐵蛋白分子的熒光納米探針，于4'C貯存。
G)生物功能化的熒光納米探針對宮頸癌細胞上特異表達的轉鐵蛋白受體的特異性識 別利用生物功能化的熒光納米探針表面固定的轉鐵蛋白分子對宮頸癌細胞表面高度表達 的轉鐵蛋白受體的特異性識別，將標記上轉鐵蛋白分子的熒光納米探針與宮頸癌細胞在 37t:孵育3h。將細胞置于激光共聚焦顯微鏡下觀察，以綠光激發(fā)，宮頸癌細胞膜表面特異 性表達的轉鐵蛋白受體發(fā)橙紅色的熒光，實現(xiàn)對細胞表面特異性分子的熒光識別。
實施例4轉鐵蛋白標記的羅丹明6G/納米金/二氧化硅復合型硅殼結構的熒光納米探針 對宮頸癌細胞的特異性標記
(1) 羅丹明6G/納米金/二氧化硅復合型硅殼結構熒光納米粒子的制備 采用氯金酸-檸檬酸鈉還原法制備粒徑為25±5 nm的納米金溶液；再向納米金溶液中加
入摩爾比為1:2的羅丹明6G溶液(8.0x10—6 mol/L)，反應持續(xù)9h，得到包裹上羅丹明6G 染料的納米金溶液，稱為反應液。通過氨水調節(jié)反應液的pH值在10-11之間。在磁力攪拌 下，向上述反應液中按納米金與正硅酸乙酯的摩爾比為1:4加入正硅酸乙酯的乙醇溶液 G.0xl0—3mol/L)，在磁力攪拌下反應18h，即可得到粒徑為55~65 nm的羅丹明6G/納米金 /二氧化硅復合型硅殼結構的熒光納米粒子。
(2) 氨基化的熒光納米粒子與生物分子的連接在磁力攪拌下，將復合型硅殼結構的熒光納米粒子和氨基丙基三甲氧基硅烷的乙醇溶液G.0xl(T3 mol/L)以摩爾比為300:1的 比例反應18h，即可得到氨基化的復合型硅殼結構的熒光納米粒子；將氨基化的熒光納米 粒子與0.5 mol/L生物耦連劑(乙基3-(3-二甲氨基)碳二亞胺鹽酸鹽)以摩爾比為2:1的比 例相混合，再加入待連接的生物分子(5.0mg/ml)，在4'C下避光孵育12h。以5000rpm的 速度，離心過濾10min，并將標記上生物分子的熒光納米粒子重新分散在磷酸鹽緩沖溶液 (pH7.0-7.8)中，即可到標記上轉鐵蛋白分子的熒光納米探針，于4'C貯存。
G)生物功能化的熒光納米探針對宮頸癌細胞上特異表達的轉鐵蛋白受體的特異性識 別利用生物功能化的熒光納米探針表面固定的轉鐵蛋白分子對宮頸癌細胞表面高度表達 的轉鐵蛋白受體的特異性識別，將標記上轉鐵蛋白分子的熒光納米探針與宮頸癌細胞在 37'C孵育3h。將細胞置于激光共聚焦顯微鏡下觀察，以綠光激發(fā)，宮頸癌細胞膜表面特異 性表達的轉鐵蛋白受體發(fā)橙紅色的熒光，實現(xiàn)對細胞表面特異性分子的熒光識別。
上述實施例l、 2、 3和4所制備的生物功能化的羅丹明染料(羅丹明B、羅丹明6G) /納米金/二氧化硅復合型硅殼結構的熒光納米探針其結構示意圖見圖1。復合型硅殼結構的 熒光納米粒子通過酰胺鍵與生物分子相連，實現(xiàn)了復合型硅殼結構的熒光納米粒子表面的 生物功能化。
現(xiàn)以實施例1為例，具體說明本發(fā)明所得生物功能化的熒光納米探針在生物醫(yī)學中的
應用
實施例1轉鐵蛋白標記的羅丹明B/納米金/二氧化硅復合型硅殼結構的熒光納米探針對 宮頸癌細胞表面特異性表達的轉鐵蛋白受體的標記，結果見圖2A。在細胞膜表面有特異性 的橙紅色熒光表達，表明該生物功能化的熒光探針對宮頸癌細胞表面特異性表達的轉鐵蛋 白受體進行了熒光標記。
實施例2未標記上特異性生物分子的羅丹明B/納米金/二氧化硅復合型硅殼結構的熒光 納米探針對宮頸癌細胞進行標記，結果見圖2B。在細胞膜表面沒有明顯的橙紅色熒光表達， 表明未標記上特異性生物分子的熒光探針不能對宮頸癌細胞表面特異性表達分子實現(xiàn)熒光 標記。
上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制， 其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均 應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1、一種復合型硅殼結構的熒光納米探針，其特征在于是以復合型硅殼結構的熒光納米粒子為基質材料，其表面偶聯(lián)了生物分子；所述復合型硅殼結構的熒光納米粒子的外殼成分為二氧化硅，熒光內核是由納米金及其表面包裹的羅丹明染料組成。
2、 根據(jù)權利要求1所述的復合型硅殼結構的熒光納米探針，其特征在于所述納米金的 粒徑為25±5 nm，整個復合型硅殼結構的熒光納米粒子的粒徑為60±10 nm。
3、 根據(jù)權利要求1所述的復合型硅殼結構的熒光納米探針，其特征在于所述生物分子 是小分子藥物、氨基酸、多肽、蛋白質、核苷酸或核酸。
4、 一種權利要求1所述復合型硅殼結構的熒光納米探針的制備方法，其特征在于具體包 括以下步驟-(1) 復合型硅殼結構的熒光納米粒子的制備a. 在納米金溶液中，按納米金與羅丹明染料的摩爾比為1:1-4加入羅丹明染料溶液，反 應持續(xù)6-12h，得到包裹了染料的納米金溶液，稱為反應液；b. 在磁力攪拌下加入氨水到a.得到的反應液中，調節(jié)溶液的pH值在10-11之間；c. 向b.得到的反應液中按納米金與正硅酸乙酯的摩爾比為1:1-6加入正硅酸乙酯的乙醇 溶液，在磁力攪拌下反應12-24h，即可得到所述復合型硅殼結構的熒光納米粒子；(2) 步驟(1)所得熒光納米粒子的氨基化在磁力攪拌下，將復合型硅殼結構的熒光 納米粒子和氨基丙基三甲氧基硅垸的乙醇溶液以摩爾比為100-500:1的比例反應12-24h，即 可得到氨基化的復合型硅殼結構的熒光納米粒子；(3) 連接生物分子將氨基化的熒光納米粒子與生物耦連劑以摩爾比為1-4:1的比例相 混合，按1.0-10.0 mg/ml的濃度再加入待連接的生物分子，在4'C下避光孵育6-12h;離心過 濾，并將標記上生物分子的熒光納米粒子重新分散在pH 7.0-7.8的磷酸鹽緩沖溶液中，即可 到連接上生物分子的熒光納米探針，于4'C以下貯存。
5、 根據(jù)權利要求1所述的復合型硅殼結構的熒光納米探針的制備方法，其特征在于所 述步驟(1)中，所述納米金溶液的摩爾濃度為1.0x10—6-5.0xl0—6mOl/L;所述羅丹明染料溶液 的摩爾濃度為5.0xl0-6-1.0xl0-5mol/L;所述正硅酸乙酯的乙醇溶液的摩爾濃度為 1.0xl(T3-5.0xl(T3mol/L;所述納米金的粒徑為25±5 nm;所述復合型硅殼結構的熒光納米粒子 的粒徑為60±10nm。
6、 根據(jù)權利要求1所述的復合型硅殼結構的熒光納米探針的制備方法，其特征在于所 述步驟(2)中，所述氨基丙基三甲氧基硅烷的乙醇溶液的摩爾濃度為1.0xl(T3-5.0xl(r3 mol/L， 所述生物耦連劑是乙基3-(3-二甲氨基)碳二亞胺鹽酸鹽，其摩爾濃度范圍是0.1-1.0 mol/L。
7、 權利要求1所述復合型硅殼結構的熒光納米探針在生物標記和生物檢測領域的應用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種復合型硅殼結構的熒光納米探針及其制備方法和應用，其特點是先制得復合型硅殼結構的熒光納米粒子，再通過生物耦連劑使表面氨基化的熒光納米粒子連接上生物分子，得到既有優(yōu)異熒光特性又有生物活性，且分散性好、特異性強的生物功能化的熒光納米探針，其能廣泛地應用于生物標記和生物檢測等領域。
文檔編號G01N33/52GK101441211SQ20081022008
公開日2009年5月27日 申請日期2008年12月17日 優(yōu)先權日2008年12月17日
發(fā)明者萌 徐, 朱新海, 楊培慧, 蔡懷鴻, 蔡繼業(yè) 申請人:暨南大學