具有上轉(zhuǎn)換發(fā)光性質(zhì)的硫氫根離子納米傳感材料及其制備方法
【專利摘要】一種具有上轉(zhuǎn)換發(fā)光性質(zhì)的硫氫根離子納米傳感材料及其制備方法，先采用溶劑熱法制備以氟化物為基質(zhì)通過摻雜三價(jià)稀土離子得到的稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米晶，采用表面修飾方法賦予其優(yōu)異的水溶性和生物相容性，在稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米晶的表面修飾上介孔二氧化硅層，對(duì)硫氫根離子具有響應(yīng)性的有機(jī)小分子探針由吲哚衍生物的季氨鹽與4-（二甲氨基）苯甲醛經(jīng)朗文格反應(yīng)縮合而成，通過物理吸附的方法，將有機(jī)小分子探針吸附到稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料表面的二氧化硅介孔里面，有機(jī)無機(jī)雜化的稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料尺寸可控，粒徑均一，生物相容性好，體系具有很好的介孔結(jié)構(gòu)和生物相溶性，可以高容量的負(fù)載客體分子，可用于溶液和活細(xì)胞內(nèi)硫氫根離子的檢測(cè)。
【專利說明】具有上轉(zhuǎn)換發(fā)光性質(zhì)的硫氫根離子納米傳感材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明屬于發(fā)光納米材料【技術(shù)領(lǐng)域】。具體涉及一類有機(jī)熒光染料偶聯(lián)的無機(jī)稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米粒子的制備及其在生物檢測(cè)和生物成像中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】:
[0002]硫化氫因?yàn)榫哂写碳ば缘某綦u蛋氣味被人們認(rèn)定為有毒氣體，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)它也是生物體代謝過程的產(chǎn)物之一，并且硫化氫與很多病理學(xué)、生理學(xué)過程有密切的關(guān)系。雖然高濃度的硫化氫對(duì)生物體有很大的危害，但是除了一氧化氮，一氧化碳以外、氮?dú)庖酝?，硫化氫被認(rèn)為是第三種重要的調(diào)節(jié)心血管、神經(jīng)、免疫系統(tǒng)的氣體遞質(zhì)。此外，硫化氫在維持機(jī)體氧化還原平衡中也起著至關(guān)重要的作用。所以研究硫化氫的具體生理機(jī)制具有重要的科學(xué)價(jià)值。
[0003]鑒于硫化氫具有重要的生理病理作用，準(zhǔn)確檢測(cè)生物體內(nèi)硫化氫的含量非常重要。目前報(bào)道的檢測(cè)硫化氫的方法有:比色法(Commun.2009, 7390-7392)、電化學(xué)分析法(EIectroanalysis.2000, 18, 1453-1460)等。但是這些方法主要用于血衆(zhòng)和組織勻衆(zhòng)中硫化氫含量的檢測(cè)，檢測(cè)前處理樣品麻煩，而且這些方法無法用于檢測(cè)硫化氫在活細(xì)胞中的含量以及分布。研究發(fā)現(xiàn)，熒光分析法具有檢測(cè)靈敏度高，而且操作簡單，還可以實(shí)現(xiàn)原位實(shí)時(shí)觀測(cè)。因此設(shè)計(jì)合成檢測(cè)硫化氫的熒光探針具有很重要的研究意義。
[0004]近兩年來人們成功合成了不同類型的檢測(cè)硫化氫的熒光探針，2011年，ChuanHe等人設(shè)計(jì)合成了兩種檢 測(cè)硫化氫的探針SFP-1和SFP-2。利用硫化氫與探針中的醛基先發(fā)生加成反應(yīng)生成SH，再利用SH與烯烴發(fā)生邁克爾加成反應(yīng)，形成強(qiáng)熒光產(chǎn)物(Nat.Commun.2011,2, 1506/1-1506/7)。這兩種探針可以用于宮頸癌細(xì)胞中硫化氫的檢測(cè)。2012年，林偉英課題組利用硫化氫的還原性設(shè)計(jì)合成了一種近紅外熒光探針(Chem.Commun.2012，48，10529-10531)。該探針成功的應(yīng)用到了 MCF-7細(xì)胞中硫化氫的檢測(cè)。
[0005]但是目前報(bào)道的熒光探針中，大多數(shù)都是以單光子檢測(cè)為主，激發(fā)波長比較短，限制了探針在組織和活體中的應(yīng)用。雙光子探針的激發(fā)波長較長，減少了對(duì)生物組織的損傷，而且有很好的組織穿透性。2012年報(bào)道了一種檢測(cè)硫化氫的雙光子熒光探針FSl (Chem.Commun.2012, 48，8395-8397)。也成功應(yīng)用到了宮頸癌細(xì)胞中硫化氫的檢測(cè)。
[0006]目前設(shè)計(jì)合成的檢測(cè)硫化氫的熒光探針的發(fā)射波長都集中在500_650nm，在活體中硫化氫的檢測(cè)，雖然報(bào)道合成了近紅外熒光探針，但探針自身存在的缺陷，還沒有實(shí)現(xiàn)在活體中檢測(cè)硫化氫。因此隨著納米技術(shù)的飛速發(fā)展，設(shè)計(jì)合成新型的硫氫根離子納米探針可解決在生物醫(yī)學(xué)中的難題。
[0007]在一系列新型的納米發(fā)光探針中，相對(duì)于有機(jī)染料，稀土元素原子結(jié)構(gòu)特殊，內(nèi)層4f軌道未成對(duì)電子多、原子磁矩高、電子能級(jí)特別豐富，幾乎可以與所有元素發(fā)生反應(yīng)，形成多價(jià)態(tài)、多配位數(shù)的化合物，具有許多優(yōu)異的光、電、磁、核等特性，被稱為“現(xiàn)代工業(yè)的維生素”。稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料作為新一代生物發(fā)光標(biāo)記擁有許多優(yōu)點(diǎn)，例如發(fā)光譜帶窄、色純度高、色彩鮮艷、轉(zhuǎn)換效率高，發(fā)射光譜分布范圍廣，覆蓋紫外到紅外的光譜范圍，熒光壽命能從納秒跨越到毫秒級(jí)，磷光最長達(dá)十多個(gè)小時(shí)；而且稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的物理化學(xué)性能穩(wěn)定，另外，以近紅外激光作為其激發(fā)源具有光穿透深度大、對(duì)生物組織無損傷、無生物背景熒光干擾、激光器造價(jià)低、易于普及等優(yōu)點(diǎn)；這些優(yōu)勢(shì)使稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料擁有巨大的生物應(yīng)用前景。
[0008]但是，盡管稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料的研究取得了很多的成果，但是他們?cè)谏茖W(xué)研究中的應(yīng)用卻很少，主要原因是很難制備出粒徑小且具有較好水溶性和生物相容性的納米材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]技術(shù)問題:本發(fā)明的目的為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種具有好好的生物相容性具有上轉(zhuǎn)換發(fā)光性質(zhì)的硫氫根離子納米傳感材料及其制備方法。
[0010]技術(shù)方案:本發(fā)明所述的具有上轉(zhuǎn)換發(fā)光性質(zhì)的硫氫根離子納米傳感材料，包括稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米晶和包覆在稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米晶層表面并吸附有硫氫根離子熒光探針材料的介孔二氧化硅層。
[0011]所述稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米晶包括鐿、釔、銩、鉺、欽、釹、镥中的任意兩種或多種的的組合。 [0012]所述稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米晶直徑為25-35nm。
[0013]所述具有上轉(zhuǎn)換發(fā)光性質(zhì)硫氫根離子納米傳感材料表面通過介孔二氧化硅包覆以后整個(gè)包覆層厚度為28-30nm。
[0014]所述具有上轉(zhuǎn)換發(fā)光性質(zhì)HS-納米傳感材料，用于吸附硫氫根離子熒光探針材料的介孔二氧化硅層的介孔直徑在2.3~3nm，比表面積為513.129302m2.g_S孔容為
0.991111cm3.g'
[0015]所述介孔二氧化硅層孔道結(jié)構(gòu)通過靜電相互作用吸附納米傳感材料中含有的有機(jī)熒光燃料。
[0016]所述具有上轉(zhuǎn)換發(fā)光性質(zhì)的硫氫根離子納米傳感材料，其特征在于，所述納米傳感材料中含有的硫氫根離子熒光探針材料的有機(jī)熒光染料制備方法為首先通過親核取代反應(yīng)合成吲哚衍生物的季銨鹽，然后通過朗文格縮合反應(yīng)獲得制備有機(jī)熒光染料。具體制備路線如下:
[0017]
【權(quán)利要求】
1.一種具有上轉(zhuǎn)換發(fā)光性質(zhì)的硫氫根離子納米傳感材料，其特征在于，所述納米傳感材料包括稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米晶和包覆在稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米晶層表面并吸附有HS_熒光探針材料的介孔二氧化硅層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有上轉(zhuǎn)換發(fā)光性質(zhì)的硫氫根離子納米傳感材料，其特征在于，所述稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米晶中的元素為稀土元素，其元素為鐿、釔、銩、鉺、欽、釹、镥中的任意兩種或多種的的組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有上轉(zhuǎn)換發(fā)光性質(zhì)的硫氫根離子納米傳感材料，其特征在于，所述稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米晶的直徑為25-35nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有上轉(zhuǎn)換發(fā)光性質(zhì)的硫氫根離子納米傳感材料，其特征在于，所述納米傳感材料表面是通過介孔二氧化硅包覆，其包覆層厚度為28-30nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有上轉(zhuǎn)換發(fā)光性質(zhì)的硫氫根離子納米傳感材料，其特征在于，所述的用于吸附HS_熒光探針材料的介孔二氧化硅層的介孔直徑在2.3~3nm，比表面積為 513.129302m2.g'孔容為 0.991111cm3.g'
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有上轉(zhuǎn)換發(fā)光性質(zhì)的硫氫根離子納米傳感材料，其特征在于，所述介孔二氧化硅層孔道結(jié)構(gòu)通過靜電相互作用吸附納米傳感材料中含有的有機(jī)熒光染料。
7.權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的具有上轉(zhuǎn)換發(fā)光性質(zhì)的硫氫根離子納米傳感熒光探針制備路線，其特征在 于，所述的HS—熒光探針的制備方法為首先通過親核取代反應(yīng)合成吲哚衍生物的季銨鹽，然后通過朗文格縮合反應(yīng)獲得。具體制備路線如下:
8.權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的具有上轉(zhuǎn)換發(fā)光性質(zhì)的硫氫根離子納米傳感材料的應(yīng)用，其特征在于，該納米傳感材料在化學(xué)、生物檢測(cè)和成像中的應(yīng)用。
9.一種如權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的具有上轉(zhuǎn)換發(fā)光性質(zhì)的硫氫根離子納米傳感材料的制備方法，其特征在于，該方法包括如下步驟: S1.制備稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米晶，并在所述稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米晶包覆一層油酸配體； 具體如下:加入三氯化釔、三氯化鐿、三氯化鉺、三氯化銩、油酸、十八烯，150°c加熱攪拌至溶液澄清，加入含有氫氧化鈉和氟化銨的甲醇溶液反應(yīng)，得到表面包覆油酸配體的稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米晶；S2.通過有機(jī)硅烷在步驟SI中所制備的所述稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米晶上的水解，制備包覆介孔二氧化硅的稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米晶； 具體如下:將以上制備的納米粒子分散在環(huán)己烷中，制備成稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米粒子環(huán)己烷溶液，將十六烷基三甲基溴化銨、去離子水加入到單口瓶中，50°C加熱攪拌30分鐘，逐滴加入上述分散有稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米粒子的環(huán)己烷溶液得包覆介孔二氧化硅的稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米晶； S3.通過有機(jī)熒光染料小分子與所述包覆有介孔二氧化硅的稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米晶的靜電相互作用，在所述包覆有介孔二氧化硅的稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米晶表面的孔道中吸附有機(jī)小分子，制得所述具有上轉(zhuǎn)換發(fā)光性質(zhì)的HS—納米傳感材料。 具體如下:對(duì)稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料的表面包覆介孔二氧化硅的方法是當(dāng)納米粒子完全由環(huán)己烷相轉(zhuǎn)入到水相以后，取去離子水、乙醇、氫氧化鈉加入到單口瓶中，升溫至600C，逐滴加入上述澄清透明的納米粒子水溶液，升溫至70°C，加入正硅酸乙酯，加熱攪拌并加入乙醇淬滅反應(yīng)； 取充分干燥的有機(jī)染料、乙醇、、納米粒子的乙醇溶液與、單口瓶中，密封反應(yīng)體系，在25°C攪拌24小時(shí)，用乙醇和水交替離心洗滌除去未反應(yīng)完全的有機(jī)染料和溶劑中的雜質(zhì)離子，將所得納米粒子分散在磷酸鹽緩沖溶液中，即可得到有機(jī)無機(jī)雜化的稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米粒子。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的具有上轉(zhuǎn)換發(fā)光性質(zhì)的硫氫根離子納米傳感材料的制備方法，其特征在于，步驟SI中所述制備稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米晶是通過溶劑熱法制備。
【文檔編號(hào)】G01N21/64GK103756667SQ201310690733
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2013年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月16日
【發(fā)明者】趙強(qiáng), 黃維, 張利利, 許文娟, 劉淑娟, 趙新, 張幸林 申請(qǐng)人:南京郵電大學(xué)