专利名称：聚苯乙烯荧光纳米颗粒及其制备和应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种聚苯乙烯纳米荧光颗粒及其制备和应用，特别是涉及一种长寿命的聚苯乙烯荧光纳米颗粒及其制备和在免疫层析中的应用。
背景技术：
如何在不依赖大型仪器设备的条件下通过简单的操作实现快速、准确地定量分析，一直是免疫诊断领域研究的课题，这种需求促使各种能在患者身边进行的医学检验(POCT)产品不断推出。目前，常规的免疫检测主要包括各种发光免疫分析(LIA)、放射免疫分析(RIA)和酶标免疫分析(EIA)。RIA和EIA均为成熟、稳定的免疫检测方法，直到现在，RIA和EIA仍在免疫诊断领域占有重要位置。但RIA所用标记物(常用125I)的可检测性有限，很难实现超灵敏分析；其基于衰变的放射性行为也使其难以建立均相免疫分析方法；更主要的是，其较短的半衰期使RIA试剂难以长时间保存，加上其涉及放射性废物处理、不易实现自动化等缺点，RIA正逐渐被非放射免疫分析取代；EIA作为一种重要的非放射性免疫分析方法目前仍在广泛使用；基于OD值 检测的EIA具有测量范围窄、分析灵敏度较低的缺点；而以酶为初始标记物、以化学发光或荧光物质为底物的酶放大发光免疫分析克服了以上缺点，但该方式需要一酶促反应；以化学发光物质为标记、以闪烁光检测为特点的LIA，由于其对光信号的引发和收集有严格的要求，对检测仪器的要求很高，目前还国产的这类发光测定仪市场上还没有；由于上述原因，近年来时间分辨荧光免疫分析(TRFIA)发展迅速；TRFIA具有很高的分析灵敏度、宽阔的测量范围、优良的分析精密性和对多个待测物同时检测的能力，成为方法学上颇具优势的非放射免疫分析技术之一。尽管如此，所有上述常规免疫检测体系均要求使用大型的仪器设备，操作步骤比较复杂，检测成本较高，不适合在家庭、社区、急诊实验室和其它现场使用。随着生活水平的提高，人们越来越关注自身的健康状况，许多适合于自测的待测物指标具有很大的市场需求，如排卵监测、糖化血红蛋白的测定，此外，一些适合于急诊的项目，如心脏标志物产品，传染病系列产品，毒品系列产品，也需要采用定量、快速、随机、操作简单的免疫检测模式；此类检测同样也适合于探矿、军事、食品以及社区和小型医院使用，这类检测通常称之为Point Of Care测试。采用胶体金为标记的免疫层析是Point of Care测试的常用模式，目前此类产品多为定性检测，但越来越多的检测需要准确测定样本中的待测物浓度，如心肌梗塞标志物CTn-1(心肌肌钙蛋白I)、心脏功能评估标志物BNP (脑钠肽)等。福州大学的杜民、杨富文等通过分析影响金标记免疫层析定量的各种因素，如生化噪声、光噪声、电噪声等，建立了光谱峰曲线的数学表达模式，利用光电检测系统将纳米金免疫层析试条的色谱信号转换为光谱信号，实现了金标记免疫层析的定量检测(杜民，杨富文；基于光电检测与信息处理技术的纳米金免疫层析试条定量测试的研究，福州大学博士学位论文，2005/05)，但该方法检测的是纳米金产生的色谱信号，存在分析灵敏度较低、测量范围窄的缺点，该方法的测量范围一般小于二个数量级，而临床上有意义的待测物浓度范围往往在二个数量级以上，因此对于高浓度样本，使用该定量分析体系需要稀释样本，这不仅增加的操作步骤，还可能引入实验误差。此外，对于以纳米金为标记的定量/半定量免疫层析，已经报道的还有张慧、唐江萍等人发明的色带递减法免疫层析(中国专利公开号:CN 1381729A)，李文平、何湘蓉发明的半定量免疫层析(中国专利公开号:CN 1403818A)，和美国拜尔公司R.G索马发明的定量免疫层析检测方法(中国专利公开号:CN 1146557A)。灵敏度低、测量范围窄是以纳米金为标记的定量/半定量免疫层析难以避免的弊端。以荧光纳米微粒为标记，通过检测荧光信号尤其是稀土离子鳌合物的长寿命荧光信号，将大大改善免疫层析检测的分析灵敏度和测量范围，该方法测量范围可达到三个以上数量级，可建立综合性能更优越的快速、定量Point of Care检测体系。应用于生物分析领域的荧光纳米微粒包括无机高分子荧光纳米微粒和有机高分子荧光纳米微粒二类；其中，无机高分子荧光纳米微粒多以二氧化硅为载体，通过微乳液法或溶胶/凝胶法制备；基于此法制备的荧光纳米微粒已经用于临床检测、细胞或组织化学、显微成像等多个领域。公开号为 CN1566954A、CN1493647A、CN1707246A、CN1645146A、CN1400467A、CN1707244A、CN101225306A以及公告号为CN1186634C的中国专利均涉及到此类无机高分子荧光纳米微粒的制备与应用；公开号为CN1566954A、CN1645146A的中国专利还叙述了这种无机二氧化硅荧光纳米微粒在免疫层析中的应用。另一类荧光纳米微粒是以有机基质为骨架的有机高分子荧光纳米微粒(HarmaH，Soukka T and Lovgren T，Clinical Chemistry，2001，47，561-568 ;Τ.Soukka，J.Paukkunen，H.Harma，et al.Clinical Chemistry，2001 ;47，1269-1278)。有机高分子焚光纳米微粒一般通过乳液聚合、种子乳液聚合、无皂聚合等方式制备。同无机高分子荧光纳米微粒相比，有机 高分子荧光纳米微粒在体外免疫诊断(如:免疫层析)上具有多方面的优
占-①可通过共聚合方式(如:苯乙烯与丙烯酸的共聚合)使乳胶微粒表面带有数量可调节的羧基。这些羧基不仅可以用于标记，而且对纳米乳胶微粒体系有很强的稳定作用，使纳米微粒能稳定地忙存于多种介质当中。而二氧化娃纳米微粒表面一般只带有少量-NH2、-OH或-SH，其较弱的离子化作用或较弱的极性对纳米微粒的稳定作用比较有限。②聚苯乙烯荧光纳米颗粒有很好的透光性，对紫外激发光无明显吸收和屏蔽效应，有利于纳米微粒荧光的有效激发。而对于二氧化硅纳米微粒，硅胶基质对紫外激发光有明显吸收，使微粒内包裹的荧光物质的激发减弱，降低了纳米微粒的荧光量子产率(袁景利，叶志强，谭明乾，王桂兰。一种功能性纳米试荧光探针及其应用，中国专利，
公开日:2005年12月14日；公开号:CN 1707246A)。③聚苯乙烯荧光纳米颗粒的内部为疏水性环境，对荧光物质，尤其是荧光易被水分子淬灭的稀土离子鳌合物，有显著的荧光保护作用，从而使处于微粒内部的荧光分子的突光得以增强(Ullman EF,Kirakossian H, Singh S, et al.Proc.Nad.Acad.Sc1.USA.1994，91,5426-5430)。而对于二氧化硅纳米微粒，硅胶基质与鳌合物之间存在相互作用，这种相互作用可进一步降低纳米微粒的荧光量子产率，使荧光强度减弱(袁景利，叶志强，谭明乾，王桂兰。一种功能性纳米试荧光探针及其应用，中国专利，
公开日:2005年12月14日；公开号:CN 1707246A)。
④由于性状相似，聚苯乙烯荧光纳米颗粒与有机鳌合物荧光分子之间具有良好的相容性，通过有机溶剂做介质，有机鳌合物荧光分子就可以扩散到聚苯乙烯纳米微粒内部，制备稳定、强荧光的聚苯乙烯荧光纳米微粒。而对于二氧化硅纳介质包裹的荧光物质，在某些情况下易出现泄漏现象(段著华，王柯敏，谭蔚汉，等。高等学校化学学报，2003，24，255-259)。⑤应用于免疫层析的聚苯乙烯荧光纳米颗粒(乳胶粒)，其在免疫层析试条上的迁移能力更强，层析带前端平整，层析行为优于无机高分子荧光纳米微粒，如二氧化硅纳米微粒。Harma H、Ullman EF等报道了有机高分子荧光纳米微粒在常规非均相免疫分析和均相免疫分析中的应用(Ullman EF, Kirakossian H, Singh S, et al.Proc.Natl.Acad.Sc1.USA.1994,91,5426-5430 ;Harma H,Soukka T and Lovgren T,Clinical Chemistry,2001,47,561-568)，但目前尚未见该类荧光纳米微粒应用于免疫层析的报道。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种长寿命的聚苯乙烯荧光纳米颗粒及其制备和在免疫层析中的应用。该荧光纳米颗粒具有良好的单分散性和悬浮稳定性，因此，非常适合应用于免疫层析上。本发明通过高分子乳胶颗粒合成、配基装填到乳胶颗粒内部、荧光纳米颗粒与生物蛋白(抗原或抗体)化学键结合，形成能应用于非均相时间分辨荧光免疫分析(TRFIA)和时间分辨定量免疫层析检测。为解决上述技术问题，本发明的长寿命的聚苯乙烯荧光纳米颗粒，是带有荧光物质的聚苯乙烯纳米颗粒，其中，荧光物质，是通过稀土元素与β_ 二酮类物质以及三正辛基氧化磷(TOPO)反应，形成的鳌合物。所述聚苯乙烯纳米颗粒的粒径为10 500nm,该聚苯乙烯纳米颗粒的制备,是使用苯乙烯，与丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯或丙烯酰胺中的一种以上，通过乳液聚合、种子乳液聚合或无皂乳液聚合中的一`种聚合方式，制备而成。
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所述稀土元素，包括:Eu3+、Sm3+、Tb3+、Dy3+。所述β - 二酮类物质，包括:1_萘-3-噻吩-1，3-丙二酮(简称NTH))，1-苯-3-萘-1，3-丙二酮(简称 PNPD)，1-苯-3-噻吩-1，3-丙二酮(简称 PTPD)，1，3-二萘-1，3-丙二酮(简称NNPD)。其中，NTro结构式为
权利要求
1.一种聚苯乙烯荧光纳米颗粒，其特征在于:所述颗粒是带有荧光物质的聚苯乙烯纳米颗粒，其中，荧光物质，是通过稀土元素与β - 二酮类物质以及三正辛基氧化磷反应，形成的鳌合物。
2.如权利要求1所述的颗粒，其特征在于:所述聚苯乙烯纳米颗粒的粒径为10 500nm ； 聚苯乙烯纳米颗粒的制备，是使用苯乙烯，与丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯或丙烯酰胺中的一种以上，通过乳液聚合、种子乳液聚合或无皂乳液聚合中的一种聚合方式，制备而成。
3.如权利要求1所述的颗粒，其特征在于:所述稀土元素，包括:Eu3+、Sm3+、Tb3+、Dy3+； 所述β - 二酮类物质，包括:1-萘-3-噻吩-1，3-丙二酮，1-苯-3-萘-1，3-丙二酮，1-苯-3-噻吩-1，3-丙二酮，1，3- 二萘-1，3-丙二酮； 其中，1-萘-3-噻吩-1，3-丙二酮的结构式为
4.如权利要求1所述的颗粒，其特征在于:所述1-萘-3-噻吩-1，3-丙二酮的制备方法，还包括步骤:(4)经硅胶层析柱提纯后，再次结晶，得纯产物； 其中，经硅胶层析柱提纯中，洗脱液为乙酸乙酯和石油醚，其体积比1: 30 1: 50。
5.如权利要求1所述的颗粒，其特征在于:所述荧光物质，是由以下方法制备得到: (1)将摩尔比3: 1.5 3: 2.5的β-二酮类物质和三正辛基氧膦，用丙酮溶解；其中，丙酮的用量为:使得β - 二酮类物质的浓度保持在0.02 0.15g/mL之间； (2)滴加稀土元素溶液到上述溶液中，其中，稀土元素与β_二酮类物质的摩尔比为I: 2.5 1: 3.5，调节溶液pH至6 7，室温下搅拌2 3小时，过滤，室温下静置待其析出后，洗涤，干燥，得产物。
6.如权利要求1所述的聚苯乙烯荧光纳米颗粒的制备方法，其特征在于，包括步骤: (1)通过乳液聚合法、种子乳液聚合法或无皂乳液聚合法，合成聚苯乙烯纳米颗粒，其中， a)乳液聚合法，包括步骤: 除去阻聚剂的有机单体苯乙烯，与丙烯酸、甲基丙烯酸或丙烯酰胺中的一种，通过乳液聚合反应，其中，原料苯乙烯:丙烯酸或甲基丙烯酸或丙烯酰胺:SDS:过硫酸钾的摩尔比为7: 0.3 1: 0.04: 0.5，在65 70°C，反应6 10小时，制备成粒径为10 IOOnm纳米的聚苯乙 烯纳米颗粒； b)种子乳液聚合法，包括步骤: 以a)制备的聚苯乙烯纳米颗粒为种子液，用除去阻聚剂的有机单体苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯，与丙烯酸、甲基丙烯酸或丙烯酰胺中的一种，通过种子乳液聚合反应反应，其中，种子液的以克为单位的重量:苯乙烯的摩尔数:甲基丙烯酸甲酯的摩尔数:丙烯酸或甲基丙烯酸或丙烯酰胺的摩尔数:过硫酸钾的摩尔数为I 5: 0.07: O 0.05: 0.005 0.02: 0.005，在65 70°C，反应15 25小时，制备成的粒径为50 250nm的聚苯乙烯纳米颗粒； c)或无皂乳液聚合法，包括步骤: 除去阻聚剂的有机单体苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯，与丙烯酸、甲基丙烯酸或丙烯酰胺中的一种，通过无皂乳液聚合反应，其中，苯乙烯:甲基丙烯酸甲酯:丙烯酸或甲基丙烯酸或丙烯酰胺:过硫酸氨的摩尔比为7 2: 2 5: 0.5 2: 0.5，在65 70°C，反应6 10小时,制备成粒径为200 500nm的聚苯乙烯纳米颗粒； (2)在溶解有权利要求1所述荧光物质的有机溶剂中，加入经有机溶剂溶胀的聚苯乙烯纳米颗粒，荧光物质通过扩散进入聚苯乙烯纳米颗粒内部后，去除有机溶剂，形成聚苯乙烯荧光纳米颗粒。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，有机溶剂，包括:甲醇、丙酮、四氢呋喃； 所述聚苯乙烯纳米颗粒:荧光物质:溶解荧光物质的有机溶剂的质量比1: 0.2 I: 200 600。
8.如权利要求1所述的聚苯乙烯荧光纳米颗粒在免疫层析中的应用，其特征在于，包括步骤: (a)用聚苯乙烯荧光纳米颗粒标记抗体、抗原或半抗原；(b)把步骤(a)制备的标记有抗体、抗原或半抗原的聚苯乙烯荧光纳米颗粒制成用于免疫层析的检测卡； (C)在检测卡加样孔内加样品，经免疫层析后，在时间分辨荧光扫描检测仪上检测层析结果; (d)根据时间分辨荧光扫描仪内IC卡信息，计算出样品中待测物浓度。
9.如权利要求8所述的应用，其特征在于:所述步骤(a)中，标记方法，包括步骤: 对于表面带羧基的聚苯乙烯荧光纳米颗粒，在PH6.8 7.2MES缓冲液中，经碳二亚胺活化，活化基团被N-羟基琥珀酰亚胺磺酸钠盐稳定，碳二亚胺和N-羟基琥珀酰亚胺磺酸钠盐使用浓度为I 10mg/ml，活化20 40分钟后，离心除去没有反应的碳二亚胺和N-羟基琥珀酰亚胺磺酸钠盐，最后再与抗体、抗原或半抗原的氨基偶联反应； 对于表面带氨基的聚苯乙烯荧光纳米颗粒，使用体积浓度0.5 2%戊二醛，室温活化时间20 40分钟，再与抗体、抗原或半抗原的氨基偶联反应； 其中，聚苯乙烯荧光纳米颗粒:抗体、抗原或半抗原的使用质量比为I 10: 1，室温偶联反应20 28小时。
10.如权利要求8所述的应用，其特征在于:所述步骤(b)中，检测卡的制备，包括步骤: ①把标记有抗体、抗原或半抗原的聚苯乙烯荧光纳米颗粒，喷在聚酯膜、玻纤或无纺布上，制成标记物垫； ②把硝酸纤维素膜粘贴在聚氯乙烯底板上，把包被抗体或抗原喷至或接触画线画到硝酸纤维素膜上，并能根据检测需要，在硝酸纤维素膜上设立多个检测带或检测区，实现多个待测物的同时检测； ③按层析方向，把样品垫、标记垫、吸收垫依次贴在粘过硝酸纤维素膜的聚氯乙烯底板上，组装成大卡，用切割机切成试纸条，再把试纸条装在检测卡外壳内，组装成检测卡。
11.如权利要求10所述的应用，其特征在于:所述步骤①中，标记有抗体、抗原或半抗原的聚苯乙烯荧光纳米颗粒还能弓I入呈色物质，使荧光纳米颗粒带有颜色。
12.如权利要求8所述的应用，其特征在于:所述步骤(c)中，免疫层析，包括步骤: ①在检测卡的加样孔内滴加样品，样品包括:全血、血清、血浆、尿液或经稀释的上述样品; ②样品溶解用的标记垫上标记有抗体、抗原或半抗原的聚苯乙烯荧光纳米颗粒中，通过毛细作用在硝酸纤维素膜上进行层析，同时样品中待测物质与标记有抗体、抗原或半抗原的聚苯乙烯荧光纳米颗粒发生特异免疫反应； ③样品中待测物质与标记有抗体、抗原或半抗原的聚苯乙烯荧光纳米颗粒免疫反应形成复合物后，继续在硝酸纤维素膜上进行层析，经过检测线或检测区时，待测物与检测线处包被的抗体或抗原免疫反应，形成夹心反应；荧光纳米颗粒富积在该检测线或检测区上； ④检测卡试纸条上方的吸收垫提供层析动力使层析持续进行，直到层析结束。
13.如权利要求8所述的应用，其特征在于:所述步骤(d)中，时间分辨荧光扫描仪内IC卡信息，包括:产品信息、内标质控线和检测线间距、检测物浓度与荧光信号的层析标准曲线、对照品荧光信号范围和浓度、时间分辨荧光扫描仪计算检测卡内检测线和内标控制线的荧光信号的方法信息；步骤(d)中，计算出样品中待测物浓度的方法，包括步骤: ①对于检测卡在时间分辨扫描仪上检测得到的二维曲线图，根据IC卡信息做如下处理: 先对图形各点计算斜率,根据斜率变化找出内标质控峰,并计算出内标质控峰荧光信号，再根据目标峰和内标质控峰间距计算出目标峰荧光信号； ②根据IC卡提供的标准曲线方程，由内标质控峰荧光信号和目标峰荧光信号算出待测物浓度。
14.如权利要求8所述的聚苯乙烯荧光纳米颗粒的免疫层析检测试剂盒，其特征在于:包括:时间分辨定量免疫层析检测试剂盒、非均相时间分辨免疫检测试剂盒； 其中，时间分辨定量免疫层析检测试剂盒，包括:由标记有抗体、抗原或半抗原的聚苯乙烯荧光纳米颗粒制成的检测卡，其中，抗体、抗原或半抗原，包括: 1)针对心肌系列的抗体、抗原或半抗原，其中，心肌系列，包括:心型脂肪酸结合蛋白、C-反应蛋白、心肌肌钙蛋白1、N端脑钠肽前体、肌酸激酶； 2)针对传染病系列的抗体、抗原或半抗原，其中，传染病系列，包括:乙肝、HIV、丙肝、甲胎蛋白； 非均相时间分辨免疫检测试剂盒，包括:由标记有抗体、抗原或半抗原的聚苯乙烯荧光纳米颗粒制成的检测卡，其中，抗体、抗原或半抗原，包括: 针对促甲状腺激素、乙肝、HIV、丙肝、甲胎蛋白的抗体、抗原或半抗原。
全文摘要
本发明公开了一种聚苯乙烯荧光纳米颗粒及其制备和应用，该颗粒是带有荧光物质的聚苯乙烯荧光纳米颗粒，其中，荧光物质，是通过稀土元素与β-二酮类物质以及三正辛基氧化磷反应，形成的鳌合物；其制法，包括1)通过乳液聚合法、种子乳液聚合法或无皂乳液聚合法，合成聚苯乙烯纳米颗粒；2)在溶解有荧光物质的有机溶剂中，加入经有机溶剂溶胀的聚苯乙烯纳米颗粒，荧光物质通过扩散进入聚苯乙烯纳米颗粒内部后，去除有机溶剂。本发明的荧光纳米颗粒具有良好的单分散性和悬浮稳定性，非常适合应用于免疫层析检测。
文档编号C08F220/06GK103172941SQ20111043952
公开日2013年6月26日 申请日期2011年12月26日 优先权日2011年12月26日
发明者吴俊清, 任媛媛, 杨挥 申请人:苏州新波生物技术有限公司