具有上转换发光性质的硫氢根离子纳米传感材料及其制备方法

具有上转换发光性质的硫氢根离子纳米传感材料及其制备方法
【专利摘要】一种具有上转换发光性质的硫氢根离子纳米传感材料及其制备方法，先采用溶剂热法制备以氟化物为基质通过掺杂三价稀土离子得到的稀土上转换发光纳米晶，采用表面修饰方法赋予其优异的水溶性和生物相容性，在稀土上转换发光纳米晶的表面修饰上介孔二氧化硅层，对硫氢根离子具有响应性的有机小分子探针由吲哚衍生物的季氨盐与4-（二甲氨基）苯甲醛经朗文格反应缩合而成，通过物理吸附的方法，将有机小分子探针吸附到稀土上转换发光纳米材料表面的二氧化硅介孔里面，有机无机杂化的稀土上转换发光纳米材料尺寸可控，粒径均一，生物相容性好，体系具有很好的介孔结构和生物相溶性，可以高容量的负载客体分子，可用于溶液和活细胞内硫氢根离子的检测。
【专利说明】具有上转换发光性质的硫氢根离子纳米传感材料及其制备方法
【技术领域】:
[0001]本发明属于发光纳米材料【技术领域】。具体涉及一类有机荧光染料偶联的无机稀土上转换发光纳米粒子的制备及其在生物检测和生物成像中的应用。
【背景技术】:
[0002]硫化氢因为具有刺激性的臭鸡蛋气味被人们认定为有毒气体，经研究发现它也是生物体代谢过程的产物之一，并且硫化氢与很多病理学、生理学过程有密切的关系。虽然高浓度的硫化氢对生物体有很大的危害，但是除了一氧化氮，一氧化碳以外、氮气以外，硫化氢被认为是第三种重要的调节心血管、神经、免疫系统的气体递质。此外，硫化氢在维持机体氧化还原平衡中也起着至关重要的作用。所以研究硫化氢的具体生理机制具有重要的科学价值。
[0003]鉴于硫化氢具有重要的生理病理作用，准确检测生物体内硫化氢的含量非常重要。目前报道的检测硫化氢的方法有:比色法(Commun.2009, 7390-7392)、电化学分析法(EIectroanalysis.2000, 18, 1453-1460)等。但是这些方法主要用于血衆和组织匀衆中硫化氢含量的检测，检测前处理样品麻烦，而且这些方法无法用于检测硫化氢在活细胞中的含量以及分布。研究发现，荧光分析法具有检测灵敏度高，而且操作简单，还可以实现原位实时观测。因此设计合成检测硫化氢的荧光探针具有很重要的研究意义。
[0004]近两年来人们成功合成了不同类型的检测硫化氢的荧光探针，2011年，ChuanHe等人设计合成了两种检 测硫化氢的探针SFP-1和SFP-2。利用硫化氢与探针中的醛基先发生加成反应生成SH，再利用SH与烯烃发生迈克尔加成反应，形成强荧光产物(Nat.Commun.2011,2, 1506/1-1506/7)。这两种探针可以用于宫颈癌细胞中硫化氢的检测。2012年，林伟英课题组利用硫化氢的还原性设计合成了一种近红外荧光探针(Chem.Commun.2012，48，10529-10531)。该探针成功的应用到了 MCF-7细胞中硫化氢的检测。
[0005]但是目前报道的荧光探针中，大多数都是以单光子检测为主，激发波长比较短，限制了探针在组织和活体中的应用。双光子探针的激发波长较长，减少了对生物组织的损伤，而且有很好的组织穿透性。2012年报道了一种检测硫化氢的双光子荧光探针FSl (Chem.Commun.2012, 48，8395-8397)。也成功应用到了宫颈癌细胞中硫化氢的检测。
[0006]目前设计合成的检测硫化氢的荧光探针的发射波长都集中在500_650nm，在活体中硫化氢的检测，虽然报道合成了近红外荧光探针，但探针自身存在的缺陷，还没有实现在活体中检测硫化氢。因此随着纳米技术的飞速发展，设计合成新型的硫氢根离子纳米探针可解决在生物医学中的难题。
[0007]在一系列新型的纳米发光探针中，相对于有机染料，稀土元素原子结构特殊，内层4f轨道未成对电子多、原子磁矩高、电子能级特别丰富，几乎可以与所有元素发生反应，形成多价态、多配位数的化合物，具有许多优异的光、电、磁、核等特性，被称为“现代工业的维生素”。稀土上转换发光材料作为新一代生物发光标记拥有许多优点，例如发光谱带窄、色纯度高、色彩鲜艳、转换效率高，发射光谱分布范围广，覆盖紫外到红外的光谱范围，荧光寿命能从纳秒跨越到毫秒级，磷光最长达十多个小时；而且稀土上转换发光材料的物理化学性能稳定，另外，以近红外激光作为其激发源具有光穿透深度大、对生物组织无损伤、无生物背景荧光干扰、激光器造价低、易于普及等优点；这些优势使稀土上转换发光材料拥有巨大的生物应用前景。
[0008]但是，尽管稀土上转换发光纳米材料的研究取得了很多的成果，但是他们在生命科学研究中的应用却很少，主要原因是很难制备出粒径小且具有较好水溶性和生物相容性的纳米材料。

【发明内容】

[0009]技术问题:本发明的目的为了克服现有技术存在的缺陷，提供一种具有好好的生物相容性具有上转换发光性质的硫氢根离子纳米传感材料及其制备方法。
[0010]技术方案:本发明所述的具有上转换发光性质的硫氢根离子纳米传感材料，包括稀土上转换发光纳米晶和包覆在稀土上转换发光纳米晶层表面并吸附有硫氢根离子荧光探针材料的介孔二氧化硅层。
[0011]所述稀土上转换发光纳米晶包括镱、钇、铥、铒、钦、钕、镥中的任意两种或多种的的组合。 [0012]所述稀土上转换发光纳米晶直径为25-35nm。
[0013]所述具有上转换发光性质硫氢根离子纳米传感材料表面通过介孔二氧化硅包覆以后整个包覆层厚度为28-30nm。
[0014]所述具有上转换发光性质HS-纳米传感材料，用于吸附硫氢根离子荧光探针材料的介孔二氧化硅层的介孔直径在2.3~3nm，比表面积为513.129302m2.g_S孔容为
0.991111cm3.g'
[0015]所述介孔二氧化硅层孔道结构通过静电相互作用吸附纳米传感材料中含有的有机荧光燃料。
[0016]所述具有上转换发光性质的硫氢根离子纳米传感材料，其特征在于，所述纳米传感材料中含有的硫氢根离子荧光探针材料的有机荧光染料制备方法为首先通过亲核取代反应合成吲哚衍生物的季铵盐，然后通过朗文格缩合反应获得制备有机荧光染料。具体制备路线如下:
[0017]
【权利要求】
1.一种具有上转换发光性质的硫氢根离子纳米传感材料，其特征在于，所述纳米传感材料包括稀土上转换发光纳米晶和包覆在稀土上转换发光纳米晶层表面并吸附有HS_荧光探针材料的介孔二氧化硅层。
2.根据权利要求1所述的具有上转换发光性质的硫氢根离子纳米传感材料，其特征在于，所述稀土上转换发光纳米晶中的元素为稀土元素，其元素为镱、钇、铥、铒、钦、钕、镥中的任意两种或多种的的组合。
3.根据权利要求1或2所述的具有上转换发光性质的硫氢根离子纳米传感材料，其特征在于，所述稀土上转换发光纳米晶的直径为25-35nm。
4.根据权利要求1或2所述的具有上转换发光性质的硫氢根离子纳米传感材料，其特征在于，所述纳米传感材料表面是通过介孔二氧化硅包覆，其包覆层厚度为28-30nm。
5.根据权利要求1或2所述的具有上转换发光性质的硫氢根离子纳米传感材料，其特征在于，所述的用于吸附HS_荧光探针材料的介孔二氧化硅层的介孔直径在2.3~3nm，比表面积为 513.129302m2.g'孔容为 0.991111cm3.g'
6.根据权利要求1或2所述的具有上转换发光性质的硫氢根离子纳米传感材料，其特征在于，所述介孔二氧化硅层孔道结构通过静电相互作用吸附纳米传感材料中含有的有机荧光染料。
7.权利要求1至6任一项所述的具有上转换发光性质的硫氢根离子纳米传感荧光探针制备路线，其特征在 于，所述的HS—荧光探针的制备方法为首先通过亲核取代反应合成吲哚衍生物的季铵盐，然后通过朗文格缩合反应获得。具体制备路线如下:
8.权利要求1至6任一项所述的具有上转换发光性质的硫氢根离子纳米传感材料的应用，其特征在于，该纳米传感材料在化学、生物检测和成像中的应用。
9.一种如权利要求1至6任一项所述的具有上转换发光性质的硫氢根离子纳米传感材料的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤: S1.制备稀土上转换发光纳米晶，并在所述稀土上转换发光纳米晶包覆一层油酸配体； 具体如下:加入三氯化钇、三氯化镱、三氯化铒、三氯化铥、油酸、十八烯，150°c加热搅拌至溶液澄清，加入含有氢氧化钠和氟化铵的甲醇溶液反应，得到表面包覆油酸配体的稀土上转换发光纳米晶；S2.通过有机硅烷在步骤SI中所制备的所述稀土上转换发光纳米晶上的水解，制备包覆介孔二氧化硅的稀土上转换发光纳米晶； 具体如下:将以上制备的纳米粒子分散在环己烷中，制备成稀土上转换发光纳米粒子环己烷溶液，将十六烷基三甲基溴化铵、去离子水加入到单口瓶中，50°C加热搅拌30分钟，逐滴加入上述分散有稀土上转换发光纳米粒子的环己烷溶液得包覆介孔二氧化硅的稀土上转换发光纳米晶； S3.通过有机荧光染料小分子与所述包覆有介孔二氧化硅的稀土上转换发光纳米晶的静电相互作用，在所述包覆有介孔二氧化硅的稀土上转换发光纳米晶表面的孔道中吸附有机小分子，制得所述具有上转换发光性质的HS—纳米传感材料。 具体如下:对稀土上转换发光纳米材料的表面包覆介孔二氧化硅的方法是当纳米粒子完全由环己烷相转入到水相以后，取去离子水、乙醇、氢氧化钠加入到单口瓶中，升温至600C，逐滴加入上述澄清透明的纳米粒子水溶液，升温至70°C，加入正硅酸乙酯，加热搅拌并加入乙醇淬灭反应； 取充分干燥的有机染料、乙醇、、纳米粒子的乙醇溶液与、单口瓶中，密封反应体系，在25°C搅拌24小时，用乙醇和水交替离心洗涤除去未反应完全的有机染料和溶剂中的杂质离子，将所得纳米粒子分散在磷酸盐缓冲溶液中，即可得到有机无机杂化的稀土上转换发光纳米粒子。
10.根据权利要求9所述的具有上转换发光性质的硫氢根离子纳米传感材料的制备方法，其特征在于，步骤SI中所述制备稀土上转换发光纳米晶是通过溶剂热法制备。
【文档编号】G01N21/64GK103756667SQ201310690733
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2013年12月16日 优先权日:2013年12月16日
【发明者】赵强, 黄维, 张利利, 许文娟, 刘淑娟, 赵新, 张幸林 申请人:南京邮电大学