一种磁性荧光双功能纳米离子探针及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于纳米材料制备领域，具体涉及一种磁性荧光双功能纳米离子探针及其制备方法，该复合微粒同时具备了量子点的荧光性能和磁性纳米颗粒的磁性能，可用作生物体内靶向定位和生物荧光成像方面。
【背景技术】
[0002]随着纳米技术研宄的进一步深入，人们对纳米材料的要求已经从单分散性、形貌的控制转变为构建多组分的复合纳米颗粒。通过表面外延生长等方法将多种不同材料组合在一起，成为了纳米科学技术研宄的新热点。相较于单一组分的纳米颗粒，多功能纳米材料同时具备多种优良的性能，更好的解决了实际存在的功能单一使一些纳米材料的使用受限制的问题，多功能纳米材料以其优异的性能快速发展，越来越广泛的应用到不同的领域。其中，荧光材料及磁性材料因其在生化和医学领域广泛应用，受到广泛关注。
[0003]量子点是尺寸在1-1OOnm的微晶，通常由元素周期表中I1-VI或II1-V族原子组成，通过调节粒径大小，可以获得不同荧光发射波长的量子点。与传统的有机荧光染料相比，量子点具有可调的荧光发射波长，窄且对称的荧光发射光谱，宽且连续的紫外吸收光谱，以及较好的光化学稳定性。目前，荧光量子点已广泛应用在生物荧光探针、生物医学成像和免疫检测分析等领域。理想的磁性荧光微球要求具有较高的比饱和磁化强度、能产生较强的荧光且荧光稳定性良好、微球尺寸可控、粒径分布窄、化学稳定性好、表面含有丰富的功能基团，且制备工艺简单、重复性良好、价格便宜等特点，它不仅可以作为核磁共振造影剂用于疾病诊断，还可以作为药物载体用于疾病治疗以及各种蛋白、细胞等的分离。如果将磁性和荧光特性溶于一体制备出磁性和荧光双重功能的复合纳米粒子，将在生物标记、荧光免疫分析、生物分离、蛋白DNA富集与分离、载药体系的制备及目标成像等领域具有很大的应用潜力。
[0004]磁性荧光纳米粒子的制备方法主要包括二氧化硅包覆、聚合物包覆、种晶生长以及偶联法。然而，在其制备过程中普遍存在量子点的荧光淬灭现象。据文献报道，造成量子点荧光淬灭的原因主要有两个方面，一方面是量子点本身的光化学稳定性，由于应用环境的复杂性，量子点稳定性易受周围环境影响；另一方面是磁性纳米粒子的影响，包括磁的强的吸收作用以及磁性颗粒与量子点之间的荧光共振能量转移作用。
[0005]经对现有的技术检索发现，王飞俊等(公开号:CN103525405A，名称:基于天然高分子的磁性荧光双功能纳米材料及其制备方法)以磁性粒子Fe3O4为核，壳聚糖和聚阴离子型纤维素为壳层材料，以壳聚糖包覆的异硫氰酸荧光素为荧光材料，通过层层自组装方法得到。此方法选用的荧光物质为有机荧光分子，这类荧光材料与大多数有机荧光染料一样，量子产率较低，对检测系统要求严格；较窄的激发波长范围对选择激发光源要求苛刻；发射波长范围较宽且在长波长区域拖尾，且在不同的检测通道之间带来光谱的相互干扰等问题，给检测带来很大困难。陈克正(公开号:CN102020258A，名称:一种磁性荧光羟基磷灰石纳米复合结构的制备方法)通过控制钙/铕的摩尔比，将硝酸钙和硝酸铕的混合溶液、磷酸氢二铵溶液同时滴入磁性纳米粒子溶液，剧烈搅拌下得到棕黄色沉淀，制得磁性荧光羟基磷灰石纳米复合结构。此方法需要加入价格昂贵的稀土元素，同时由于掺杂量的限制，得到的荧光发射波长范围有限。
[0006]为了克服现有技术的不足，本发明以壳聚糖修饰的磁性纳米粒子为核，通过离子交联法连接溶解在聚阴离子型高分子有机物中的水溶性量子点，最终得到生物相容性良好的磁性荧光复合纳米微粒。由于壳聚糖对磁性微粒的修饰作用，有效避免了磁性材料的泄漏及对量子点的荧光淬灭作用；同时可以通过控制聚阴离子型高分子有机物中水溶性量子点的浓度、交联次数等，制得不同发光性能的磁性荧光复合纳米颗粒。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种磁性荧光双功能纳米材料及离子探针的制备方法，该方法制备的复合纳米微粒具有磁响应性强、光稳定性高、制备简单、分散性好且尺寸均匀等优点，与单一功能的荧光材料和磁性材料相比，同时具有荧光和磁性的多功能纳米复合材料在纳米生物技术中具有更广泛的生物医学应用，如细胞分离及识别、细胞多模式成像分析、活体成像、生化标记及传感等。
[0008]本发明是通过以下措施实现的:
一种磁性荧光双功能纳米材料的制备方法，采用以下步骤:
(a)采用化学共价交联法制备壳聚糖修饰的磁性纳米复合物(CMCH-MNPs):①对磁性纳米颗粒表面通过氨基化硅烷偶联剂进行氨基化修饰，得到氨基化磁性纳米颗粒；?将壳聚糖溶解在体积分数为2%-6%的弱酸溶液中，配成0.001-0.01 g/mL的壳聚糖凝胶溶液！③将①和②两溶液混合，加入醛类交联剂，在24-26°C的恒温水浴振荡器中振荡10-16 h，磁铁收集反应产物，用蒸馏水清洗反应产物，得到壳聚糖修饰的磁性纳米复合物；
(b)采用离子交联法制备磁性荧光双功能纳米材料:
取制备的浓缩的水相量子点溶于蒸馏水中，并加入聚阴离子型高分子有机物，其中聚阴离子型高分子有机物的浓度为0.0006-0.02 g/mL，得到反应溶液A ;取0.005-0.05g步骤Ca)中制备的壳聚糖修饰的磁性纳米复合物溶于蒸馏水中，超声20-60 min，使磁性纳米微粒分散均匀得到反应溶液B ;将A溶液逐滴加入B溶液中，在24-26°C的恒温水浴振荡器中振荡8-16 h，磁铁收集反应产物，用蒸馏水清洗反应产物，即得磁性荧光双功能纳米材料。
[0009]本发明所述一种高效率的离子探针制备过程如下:取10PL上述磁性荧光双功能纳米材料，其中复合纳米晶的浓度为2Χ10-4~2Χ10_3 11101/1，加入1.8 mL pH=7.4，浓度为
0.01 mo I/L的缓冲溶液中，同时加入最高浓度为2X 10_5~2X 10_4 mo I/L的铜、汞、银或铅金属离子，制得用于检测痕量金属离子的荧光探针。
[0010]本发明所述的磁性荧光双功能纳米材料的制备，磁性纳米颗粒(MNPs)是具有超顺磁、顺磁或铁磁性的金属及金属氧化物，选自Fe304、Fe203、Fe304、MeFe2O4 (Me=Co> Mn、Ni)、化合物钕铁硼、钐钴等、金属Fe、Co、Ni以及合金Fe2Co、Ni2Fe的金属氧化物的纳米颗粒。
[0011]本发明所述的磁性荧光双功能纳米材料，其粒径大小为10-220 nm。
[0012]本发明所述的磁性纳米颗粒的制备方法包括共沉淀法、水热法。
[0013]本发明所述的量子点为表面带有亲水基团的水溶性量子点，量子点为I1-VI，II1-V族半导体材料，或者为I1-VI和II1-V族半导体材料形成的复合材料，所述量子点粒径为 1.5-10 nm ;优选的量子点为 ZnSe, CdSe, CdTe, CdS, ZnSe/ZnS、CdS/ZnS、CdSe/ZnS、CdTe/ZnS、ZnxCd1^xSe, CdSe1^xSx, CdSe1^xTex, CdSe/ZnSe、CdS/ZnSe、CdTe/ZnSe、CdSe/CdS、CdTe/CdS'CdS/ZnxCdgS'ZnSe/ZnxCdgS'CdSe/ZnxCdgS'CdTe/ZnxCdgS，其中 0 < X < I。
[0014]本发明所述的磁性荧光双功能纳米材料的制备，步骤(a)中氨基化硅烷偶联剂包括三甲氧基胺丙基硅烷(APS)、3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)、三乙氧基胺丙基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷、2-氨乙基-氨丙基三甲氧基硅烷、二乙烯三氨基丙基三甲氧基硅烷、氨乙基氨丙基甲基二甲氧基硅烷。
[0015]本发明