一种将油溶性上转换纳米颗粒转为水溶性上转换纳米颗粒的新方法
【技术领域】
[0001]本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种将油溶性的上转换纳米颗粒转为水溶性上转换纳米颗粒的新方法。
【背景技术】
[0002]上转换纳米颗粒是一种可以将近红外长波长的光转变成短波长光的纳米材料，其发光的过程是反斯托克斯位移过程，在连续近红外光的激发下发射出短波长的光，其中研究最多的是镧系元素(Er3+，Ho3+和Tm3+)参杂的NaYF4纳米晶体，其发光效率较高，发射光谱窄，荧光寿命长，用于检测时的背景干扰及散射光干扰较弱，在细胞成像研究、生物检测、生物标记、定向药物输送等方面有较大应用潜力。
[0003]近来的研究已经可以制备出荧光效率高，颗粒形貌均一，分散性好的镧系元素(Er' Ho3+和Tm3+)掺杂的NaYF^米晶体，但大部分的上转换颗粒的制备是在高温有机溶剂中合成的，得到的颗粒表面包裹一层有机配体，表现为极强的疏水性，这样就大大限制了上转换颗粒在细胞成像、生物标记、生物检测等方面的应用。因此将疏水性的上转换纳米颗粒转换成水溶性的上转换纳米颗粒，同时修饰上可以和其它分子作用的活性反应基团就成了亟需解决的问题。
[0004]现有的将疏水性的上转换纳米颗粒通过改变表面基团实现转水相的方法有:1、将上转换颗粒表面包被一层硅壳，通过硅基上连接亲水性基团实现水相转移；2、利用强氧化剂将疏水性基团中的双键氧化成羧基，实现上转换颗粒转水相；3、利用和上转换颗粒结合能力更强的亲水性配体作为交换剂，替换掉上转换颗粒表面的疏水性基团，实现上转换颗粒转水相；4、利用两亲聚合物分子的疏水端烷基链与颗粒表面憎水性烷基链的范德华力，使两亲性聚合物分子的疏水端烷基链嵌入到憎水性烷基链的间隙空间，实现上转换颗粒转水相。其中配体交换是常用的转水相方法，包被一层硅壳会大大降低颗粒胶体的稳定性，配体氧化反应费时，且产率较低，利用两亲性聚合物分子疏水端嵌入法会造成颗粒胶体的不稳定，易聚沉。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种方便快捷、操作简单、反应条件温和、效率高、且颗粒胶体较稳定的通过配体交换将油溶性上转换纳米颗粒转为水溶性上转换纳米颗粒的方法。
[0006]为实现上述发明目的，本发明基于上转换纳米颗粒表面配体和亲水性分子基团的交换原理，利用亲水基团和镧系元素(Er3+、Ho3+和Tm3+)掺杂的NaYF4纳米晶体中的离子正负电荷作用，实现上转换纳米颗粒从油相中转移到水相的目的。本发明所采用的具体技术方案为一种将油溶性上转换纳米颗粒转为水溶性的新方法，它的过程包括以下步骤:
[0007]步骤一、将离心纯化的油溶性上转换纳米颗粒分散到一定体积的氯仿中，得到浓度为10?30mg/ml的油溶性上转换纳米颗粒溶液；
[0008]步骤二、将含有亲水性基团的分子溶解到一定体积的去离子水中，使其浓度为I ?10mM ；
[0009]步骤三、将上述步骤一、步骤二制得的溶液混合，室温下磁力搅拌反应3?24h，最终上转换纳米颗粒转移到水相中得到水溶性上转换纳米颗粒。
[0010]按照上述方法将油溶性的上转换纳米颗粒转为水溶性，转水相方法涉及如下几个特征:
[0011]—、油溶性的上转换纳米颗粒的疏水基团包括油酸基，油胺基等；
[0012]二、用于配体交换的亲水性分子是含有磷酸基的水溶性分子，其一端含有I?3个磷酸基，另一端含有亲水性基团，主要包括:阿仑磷酸、1-羟乙基-1，1- 二磷酸、3-磷酸丙酸、氨甲基磷酸、氨乙基磷酸、亚甲基二磷酸、1-氨基乙基磷酸等；
[0013]相对于现有上转换颗粒转水相技术，本发明所产生有益效果为:1、本发明提供了一种方便快捷的上转换纳米颗粒转水相的方法，操作简单，无需进一步特殊处理，反应条件温和；2、本发明提供的方法转水相效率较高，颗粒胶体较稳定，同时修饰上了易于和其他生物分子作用的功能基团，且转水相的上转化纳米颗粒具有良好的生物相容性，因此，扩展了其在荧光分析、生物检测、生物标记、细胞成像等方面的应用。
[0014]为考察用本发明方法转水相颗粒的稳定性，设计了一系列对颗粒稳定性的考察实验。以阿仑磷酸、1-羟乙基-1，1- 二磷酸、3-磷酸丙酸三种水溶性分子为例，具体实验方案如下:配制口11值为3、4、5、6、7、8、9、10、11、12的磷酸盐缓冲溶液3111匕1.各取不同pH值的缓冲溶液170 μ L，分别加入30 μ L的阿仑磷酸为配体的上转换颗粒，以980nm的激光为激发光源，记录其在不同PH值下的荧光强度，荧光强度图见附图1。附图1表明转换后的水溶性纳米颗粒有较好的稳定性。2.各取不同pH值的缓冲溶液170 μ L，分别加入30 μ L的1-羟乙基-1，1- 二磷酸为配体的上转换颗粒，以980nm的激光为激发光源，记录其在不同PH值下的荧光强度，荧光强度图见附图2。附图2表明转换后的水溶性纳米颗粒有较好的稳定性。3.各取不同pH值的缓冲溶液170 μ L，分别加入30 μ L的3-磷酸丙酸为配体的上转换颗粒，以980nm的激光为激发光源，记录其在不同pH值下的荧光强度，荧光强度图见附图3。附图3表明转换后的水溶性纳米颗粒有较好的稳定性。综上，附图1、2和3表明，该转水相方法得到的水溶性上转换纳米颗粒的稳定性较好。
[0015]为考察本发明方法相转移效果随时间的变化，设计并进行了时间考察。具体实施如下:
[0016]1.取30mg/ml的油溶性上转换纳米颗粒的氯仿溶液1ml，加入20mM的阿仑磷酸水溶液21111，常温下磁力搅拌反应，在反应时间为0、1、5、10、20、60、120、180、240、3001^11时取上清液20 μ L，用去离子水稀释到200 μ L，分别记录荧光值。实验结果表明，3小时后荧光强度达到稳定。
[0017]2.取30mg/ml的油溶性上转换纳米颗粒的氯仿溶液1ml，加入20mM的1-轻乙基-1，1-二磷酸水溶液2ml，常温下磁力搅拌反应，在反应时间为0、1、5、10、20、60、120、180、240、300min时取上清液20 yL，用去离子水稀释到200 μ L，分别记录荧光值。实验结果表明，3小时后荧光强度达到稳定。
[0018]3.取30mg/ml的油溶性上转换纳米颗粒的氯仿溶液1ml，加入20mM的3-磷酸丙酸水溶液2ml，常温下磁力搅拌反应，在反应时间为0、l、5、10、20、60、120、180、240、300min时取上清液20 μ L，用去离子水稀释到200 μ L，分别记录荧光值。实验结果表明，3小时后荧光强度达到稳定。
[0019]上述实验结果表明，常温下磁力搅拌时间可控制在3小时以上。
[0020]为了验证本发明方法制得上转换颗粒的可靠性和稳定性，设计并进行了水溶性上转换颗粒的MTT法细胞毒性实验，作为评价水溶性上转换颗粒生物安全性及在生物方向的应用潜力的依据。具体实施如下:将等量不同浓度的水溶性纳米颗粒50 μ g/ml、10yg/ml、150 μ g/ml、200 μ g/ml、300 μ g/ml、400 μ g/ml与海拉细胞培养24h，然后检测细胞存活率，结果细胞存活率在80%以上。结果表明本发明方法制得上转换纳米颗粒有较低的体外细胞毒性和较好的生物相容性。
[0021]另外，为了验证本发明方法制得的上转换纳米颗粒在细胞成像方面的应用，设计并进行了细胞成像实验。结果表明本发明方法制备的水溶性上转换纳米颗粒在细胞成像，生物标记方向有较好的应用前景。
【附图说明】
[0022]图1为980nm的激光为激发光源时阿仑膦酸为配体的上转化纳米颗粒在不同pH
值下的荧光强度图。
[0023]图2为980nm的激光为激发光源时1_羟乙基_1，1_ 二膦酸为配体的上转化纳米颗粒在不同pH值下的荧光强度图。
[0024]图3为980nm的激光为激发光源时3_膦酸丙酸为配体的上转化纳米颗粒在不同PH值下的荧光强度图。
[0025]图4为制备的油溶性上转换纳米颗粒的TEM图。
[0026]图5为制备的水溶性上转换纳米颗粒的TEM图。
[0027]图6为油溶性上转换纳米颗粒的荧光光谱图及荧光成像。
[0028]图7为水溶性上转换纳米颗粒的荧光光谱图及荧光成像。
实施例
[0029]下面结合实施例对本发明做进一步详细说明，但是本发明的保护范围并不局限于此。
[0030]实施例1
[0031]步