多色发光的稀土配合物功能化的介孔二氧化硅纳米球的制备方法及其细胞成像应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及纳米生物材料技术领域，一类多色发光的稀土配合物功能化的介孔二氧化娃纳米球及其细胞成像应用。
【背景技术】
[0002]稀土元素具有一般元素无法比拟的光谱性质，因此，稀土发光材料应用于诸多领域，如:电视，0LED，光放大器，激光系统，生物标记和医学诊断等。但是，由于f-f跃迁宇称禁阻，用光直接激发稀土离子只能得到较弱的荧光，所以利用有机配体与稀土离子配位，配体将吸收的能量传递给稀土离子，得到其相应的特征荧光。此外，若将稀土配合物负载到溶胶-凝胶、聚合物、介孔材料等稳定基质中，可以提高其热稳定性，增强机械性能和提高发光效率。
[0003]介孔二氧化硅纳米球具有稳定的孔道及骨架结构，拥有大的比表面积等优势，同时该材料表面及孔道可进行选择性有机基团修饰，将稀土配合物共价嫁接到介孔纳米球孔道中，既保持了介孔的有序性，也保持了稀土离子的特征发射。此外，介孔二氧化硅纳米球具有良好的生物相容性和低毒性，有巨大的生物应用潜力。
[0004]然而，若将稀土配合物与介孔二氧化硅纳米球以物理掺杂的方法复合，可能导致稀土配合物掺杂不均匀、离子聚集降低发光强度、易析出等。若利用共价嫁接的方法，不仅能够避免稀土配合物的分布不均而且可以降低配合物从基质中浸出的可能。如果能将具有特征发光的稀土离子与单分散性好、形貌均一和生物相容性优异的介孔二氧化硅纳米球结合，制备出一类多色发光的稀土配合物功能化的介孔二氧化硅纳米球，可在医学生物领域有巨大的应用前景。
【发明内容】
[0005]针对上述的问题，本发明目的之一在于提供一类多色发光的稀土配合物功能化的介孔二氧化硅纳米球及其细胞成像应用，为了实现上述目的，本发明所提供的技术方案包括以下步骤:
1.将5-溴噻吩-2-甲醛和醋酸铵在分散在醋酸溶液中，在80~90°C加热回流3~5h后，冷却至室温，滴加醋酸铵，中和产生沉淀，洗漆，重结晶，干燥，得到2-(溴噻吩基)咪唑并[4，5-f] [I, 10]菲咯啉；
2.以十六烷基三甲基溴化铵为模板剂，回流24h，离心，洗涤，制备出介孔二氧化硅纳米球(透射电镜图片见图la、lb)；
3.将步骤2所得到介孔二氧化硅纳米球分散在甲苯中，加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷，回流8~9h，离心，洗涤，制得3-氨基丙基三乙氧基功能化的介孔二氧化硅纳米球；
4.将步骤3所得到的3-氨基丙基三乙氧基功能化的介孔二氧化硅纳米球分散在无水二甲基甲酰胺，再加入2-(溴噻吩基)咪唑并[4，5-f] [I, 10]菲咯啉，回流12h，离心，洗涤，得2-(溴噻吩基)咪唑并[4，5-f] [I, 10]菲咯啉改性的介孔二氧化硅纳米球；
5.将步骤4所得到的2-(溴噻吩基)咪唑并[4，5-f][I, 10]菲咯啉改性的介孔二氧化硅纳米球与稀土二元配合物分散在无水乙醇中，回流6h，离心，洗涤，制得稀土配合物功能化的介孔二氧化硅纳米球；
6.将制得的稀土配合物功能化的介孔二氧化硅纳米球材料应用于细胞成像。
[0006]本发明的优点:
1.操作简单，重复性高；
2.形貌均一，分散性好；
3.多色发光，光谱可覆盖450-1700nm的光谱区域；
4.基本无毒，生物相容性好。
[0007]本发明方法具体是一类多色发光稀土配合物功能化的介孔二氧化硅纳米球的制备方法及其细胞成像应用。首先，制备出介孔二氧化硅纳米球；然后将其加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷和甲苯的混合溶液中，回流反应8h，形成3-氨基丙基三乙氧基功能化的介孔材料；再将功能化的介孔二氧化硅纳米球与2-(溴噻吩基)咪唑并[4，5-f] [I, 10]菲咯啉分散在无水二甲基甲酰胺中，回流反应12h，得到2-(溴噻吩基)咪唑并[4，5-f] [I, 10]菲咯啉改性的介孔二氧化硅纳米球；最后将其与二元稀土配合物结合进行配体交换反应，即得到一类多色发光的稀土配合物功能化的介孔二氧化硅纳米球。本发明方法具有工艺简单、操作方便、重复性高等优点。该荧光材料不仅形貌均一、单分散性好、且生物相容性优良、毒性低等优点，在生物医学领域具有重要的应用前景。
【附图说明】
[0008]图1为本发明制得的介孔二氧化硅纳米球(a、b)、铕配合物功能化的介孔二氧化硅纳米球(C)、及铽配合物功能化的介孔二氧化硅纳米球(d)的透射电子显微镜图片。
[0009]图2为本发明制得铕配合物功能化的介孔二氧化硅纳米球的荧光光谱图及可见光激发下的实拍图片。
[0010]图3为本发明制得铕配合物功能化的介孔二氧化硅纳米球的细胞成像图片。
[0011]实施例1:
本实施例提供铕配合物功能化的介孔二氧化硅纳米球的合成，其包括以下步骤:
a.将5-溴噻吩-2-甲醛和醋酸铵在分散在醋酸溶液中，在85°C加热回流4h后，冷却至室温，滴加醋酸铵，中和产生沉淀，洗涤，重结晶，干燥，得到2-(溴噻吩基)咪唑并[4，5-f] [I, 10]菲咯啉；
b.将十六烷基三甲基溴化铵，丙三醇，氢氧化钠溶于去离子水中，在80°C加热回流2h后，向混合液中加入正硅酸乙酯。其中十六烷基三甲基溴化铵:正硅酸乙酯:离子水:丙三醇:氢氧化钠的摩尔比为1:9~10:8837:190:2.5，抽滤，干燥，然后在加入盐酸的乙醇溶液中反应，回流24h，离心，洗涤，得介孔二氧化硅纳米球，再将3-氨基丙基三乙氧基硅烷和介孔二氧化硅纳米球分散在甲苯中，回流8h，离心，洗涤，得3-氨基丙基三乙氧基功能化的介孔二氧化硅纳米球；
c.将步骤b中3-氨基丙基三乙氧基功能化的介孔二氧化硅纳米球溶于无水二甲基甲酰胺中，加入2-(溴噻吩基)咪唑并[4，5-f] [1，10]菲咯啉，在氩气气氛中，在85° C加热回流12h，离心，洗涤，干燥，得2-(溴噻吩基)咪唑并[4，5-f] [I, 10]菲咯啉改性的介孔二氧化娃介孔纳米球；
d.将步骤c中2-(溴噻吩基)咪唑并[4，5-f] [I, 10]菲咯啉改性的介孔二氧化硅纳米球和0.1~0.2mg铕的β-二酮二元配合物分散在乙醇溶液中，在85° C加热回流，离心，洗涤，即得到铕配合物功能化的介孔二氧化硅纳米球(透射电镜图片见图lc，光谱谱图见图2)。
[0012]实施例2:
本实施例提供铽配合物功能化的介孔二氧化硅纳米球的合成，其包括以下步骤:
a.将5-溴噻吩-2-甲醛和醋酸铵在分散在醋酸溶液中，在85°C加热回流4h后，冷却至室温，滴加醋酸铵，中和产生沉淀，洗涤，重结晶，干燥，得到2-(溴噻吩基)咪唑并[4，5-f] [I, 10]菲咯啉；
b.将十六烷基三甲基溴化铵，丙三醇，氢氧化钠溶于去离子水中，在80°C加热回流2h后，向混合液中加入正硅酸乙酯。其中十六烷基三甲基溴化铵:正硅酸乙酯:离子水:丙三醇:氢氧化钠的摩尔比为1:9~10:8837:190:2.5，抽滤，干燥，然后在加入盐酸的乙醇溶液中反应，回流24h，离心，洗涤，得介孔二氧化硅纳米球，再将3-氨基丙基三乙氧基硅烷和介孔二氧化硅纳米球分散在甲苯中，回流8h，离心，洗涤，得3-氨基丙基三乙氧基功能化的介孔二氧化硅纳米球；
c.将步骤b中3-氨基丙基三乙氧基功能化的介孔二氧化硅纳米球溶于无水二甲基甲酰胺中，加入2-(溴噻吩基)咪唑并[4，5-f] [1，10]菲咯啉，在氩气气氛中，在85° C加热回流12h，离心，洗涤，干燥，得2-(溴噻吩基)咪唑并[4，5-f] [I, 10]菲咯啉改性的介孔二氧化娃介孔纳米球；
d.将步骤c中2-(溴噻吩基)咪唑并[4，5-f][I, 10]菲咯啉改性的介孔二氧化硅纳米球和0.1~0.2mg铽的β-二酮二元配合物分散在乙醇溶液中，在85° C加热回流，离心，洗涤，即得到铽配合物功能化的介孔二氧化硅纳米球(透射电镜图片见图1d)。
[0013]实施例3:
本实施例提供钐配合物功能化的介孔二氧化硅纳米球的合成，其包括以下步骤:
a.将5-溴噻吩-2-甲醛和醋酸铵在分散在醋酸溶液中，在85°C加热回流4h后，冷却至室温，滴加醋酸铵，中和产生沉淀，洗涤，重结晶，干燥，得到2-(溴噻吩基)咪唑并[4，5-f] [I, 10]菲咯啉；
b.将十六烷基三甲基溴化铵，丙三醇，氢氧化钠溶于去离子水中，在80°C加热回流2h后，向混合液中加入正硅酸乙酯。其中十六烷基三甲基溴化铵:正硅酸乙酯:离子水:丙三醇:氢氧化钠的摩尔比为1:9~10:8837:190:2.5，抽滤，干燥，然后在加入盐酸的乙醇溶液中反应，回流24h，离心，洗涤，得介孔二氧化硅纳米球，再将3-氨基丙基三乙氧基硅烷和介孔二氧化硅纳米球分散在甲苯中，回流8h，离心，洗涤，得3-氨基丙基三乙氧基功能化的介孔二氧化硅纳米球；
c.将步骤b中3-氨基丙基三乙氧基功能化的介孔二氧化硅纳米球溶于无水二甲基甲酰胺中，加入2-(溴噻吩基)咪唑并[4，5-f] [1，10]菲咯啉，在氩气气氛中，在85° C加热回流12h，离心，洗涤，干燥，得2-(溴噻吩基)咪唑并[4，5-f] [I, 10]菲咯啉改性的介孔二氧化娃介孔纳米球； d.将步骤c中2-(溴噻吩基)咪唑并[4，5-f] [I, 10]菲咯啉改性的介孔二氧化硅纳米球和0.1~0.2mg钐的β-二酮二元配合物分散在乙醇溶液中，在85° C加热回流，离心，洗涤，即得到钐配合物功能化的介孔二氧化硅纳米球。
[0014]实施例4:
本实施例提供钕配合物功能化的介孔二氧化硅纳米球的合成，其包括以下步骤:
a.将5-溴噻吩-2-甲醛和醋酸铵在分散在醋酸溶液中，在85°C加热回流4h后，冷却至室温，滴加醋酸铵，中和产生沉淀，洗涤，重结晶，干燥，得到2-(溴噻吩基)咪唑并[4，5-f] [I, 10]菲咯啉；
b.将十六烷基三甲基溴化铵，丙三醇，氢氧化钠溶于去离子水中，在80°C加热回