专利名称：光致发光纳米粒子及其制备方法与应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一类光致纳米粒子和一类可用于制备此类纳米粒子的稀土配合物荧 光染料与它们的制备方法及应用，特别是一类基于稀土配合物荧光染料的荧光纳米粒子及 其制备方法与应用。
背景技术：
稀土配合物荧光探针在生物成像、DNA检测、免疫分析等领域中有着重要的应用。 其主要优势在于稀土配合物具有较长的发光寿命，较大的^okes位移，锐线发射峰等特 点。这些特点使其在生化分析中可以通过时间分辨技术有效滤除背景信号干扰，实现高灵 敏度的检测，同时避免了传统的放射性标记方法带来的生物安全问题。由于稀土离子的f_f跃迁受跃迁选择定则的限制，稀土离子本身的光吸收能力很 弱，要获得较大的光致发光效率，需要对其进行敏化，即通过配体(或电荷转移态)吸光，并 使能量转移至稀土离子激发态以实现稀土离子的高效发光。许多稀土配合物能被紫外光激 发，获得较好的发光强度。然而，紫外激发光对生物体造成的损伤较大，背景信号较强，同时 紫外光穿透深度小，这使紫外激发荧光探针的应用受到很多限制。因此，向长波方向扩展稀 土配合物的激发窗口，研制具有优良可见光或近红外光激发发光能力的稀土配合物基荧光 探针成为重要发展方向之一。具有优良可见光和近红外光激发发光性能的稀土配合物非常有限。近年来，我们 设计、合成 了铕配合物 Eu (tta) 3dpbt (dpbt = 2- (N，N- 二 乙基苯胺-4-基)-4，6- 二(3，5- 二 甲基吡唑-1-基)-1，3，5_三嗪，tta为噻吩甲酰三氟丙酮负离子)(Y.Wang，et al. ,Angew. Chem. Int. Ed. 2004，43，5010)。并在此基础上设计、合成了一系列新型稀土配合物，它们均 具有优良的可见光和近红外光激发发光性能(Y. Wang, et al.，Adv. Funct. Mater. 2007， 17,3663;王远，郝锐，马严，具有可见光激发发光性能的铕配合物及其合成方法，ZL 2007 1 0118978. 8)。若将此类稀土配合物作为荧光探针应用于生物分析，将使得生物分析具有高 灵敏度、高信噪比、穿透深度大、对生物体损伤与干扰小、分析成本低等优点。然而，绝大多 数已知的具有可见与近红外光高效激发发光性能的稀土配合物为疏水性分子，且其在水溶 液中的稳定性不高，因而难以在水溶液中直接使用这些配合物分子作为生物荧光探针。一个解决此类问题的可行方案是将稀土配合物包埋于聚合物树脂或无机纳米粒 子中。西鹏等(西鹏、顾晓华、黄象安、何玉鲜，无机一有机核壳式稀土聚合物材料及其制 备方法，CN1966534)采用乳液聚合法以及溶胀包埋法将具有紫外光激发发光性能的疏水 稀土配合物包埋于聚合物树脂中，制备了具有紫外光激发发光性能的纳米粒子；陈扬和袁 景利等(陈扬，基于荧光能量转移原理发光的稀土纳米粒子及制备方法，CN 1304523C;袁 景利，谭明乾，叶志强，王桂兰，一种功能性纳米稀土微粒及其制备和应用，CN1298807C)分 别采用微乳液法或溶胶凝胶法将亲水性的稀土配合物包埋于二氧化硅为基质的纳米粒子 中，制备了具有紫外光激发发光性能的基于稀土配合物的纳米材料。但是以通常的疏水高 分子为基质的纳米粒子在水溶液中易发生团聚，且其粒径较大，散射信号强。二氧化硅基质由于难以形成致密包裹层，也常常导致形成的纳米粒子中的荧光染料的泄漏。最近袁景 利等利用三个含硅氧烷基团的化合物(APS-BHHCT-Eu3+dpbt，3-aminopropyl(triethoxyl) silane，tetraethyl orthosilicate)在反向微乳液中水解共缩合的方法合成了可被可 见光激发发光的荧光纳米粒子。(Jing ffu, Jingli Yuan, Yafeng Guan等，Journal of MaterialsChemistry, 2009,19，1258-1264)。此类纳米粒子表面含有胺基，可用于与生物分 子偶联，Eu发光配合物包裹于氧化硅为主的基质材料中。但是，此类纳米粒子对可见光具 有很强的散射能力，其紫外-可见吸收光谱中Eu配合物的吸收峰很小，且叠加于很强的散 射带之上，表明其光致发光强度等性能不太理想。此外由于含有胺基，此类纳米粒子在中性 及弱酸性条件下表面荷正电，荷正电的纳米粒子在生物分析中更易导致非特异性吸附。理想的基于稀土配合物的纳米荧光探针应具有以下特征1)在水溶液中具有良 好的分散性和稳定性；幻纳米粒子中的稀土配合物或其聚集体具有强的光致发光能力，特 别是可见光及近红外光激发发光能力，纳米粒子发光强度大，对激发光和发射光散射能力 较弱；幻纳米粒子表面具有可供偶联生物分子的活性基团，并具有较好的生物相容性和小 的非特异吸附能力。本发明发明人曾采用已见诸报道的稀土配合物基荧光纳米粒子合成方法(例如 微乳聚合法、烷氧基硅烷水解包埋法等)，对所设计、合成的Eu(tta)3dpbt等具有优异可见 光和近红外光激发发光性能的稀土配合物实施纳米包埋以合成新型稀土配合物基荧光纳 米粒子，但均难以获得令人满意的结果。其主要原因是此类具有优良可见光与近红外激发 发光性能的稀土配合物的配体与稀土离子的配位作用较弱，通常的配合物包埋方法容易导 致其发生配体解离或荧光淬灭，失去原有的光学特性。
发明内容
本发明的目的是提供一类荧光纳米粒子及其制备方法与应用。本发明还提供了一类作为制备荧光纳米粒子的原料的，具有优异光致发光性能的 新型稀土配合物及其合成方法。本发明提供的作为制备荧光纳米粒子的原料的稀土配合物的结构通式如式I所
(式I)
权利要求
1.式I结构通式所示铕离子配合物，
2.一种制备权利要求1所述铕离子配合物的方法，包括如下步骤将式II结构通式所 示化合物与式III结构通式所示化合物反应，得到权利要求1所述铕离子配合物，
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述式II结构通式所示化合物与式III 结构通式所示化合物的摩尔比为1 1 ；所述反应中，温度为-10 100°C;所述反应是在有 机溶剂中进行的，所述有机溶剂选自四氢呋喃、乙醚、苯、甲苯、二甲苯、氯仿和二氯甲烷中 的至少一种。
4.荧光纳米粒子，包括基质材料和分散在所述基质材料中的稀土配合物。
5.根据权利要求4所述的荧光纳米粒子，其特征在于所述荧光纳米粒子是由基质材 料和分散在所述基质材料中的稀土配合物组成。
6.根据权利要求4或5所述的荧光纳米粒子，其特征在于所述基质材料是由主链为 碳氢链、侧基为羧基和疏水基团构成的高分子共聚物；所述稀土配合物荧光染料为在可见光和/或近红外光和/或紫外光激发下发射可见光 或近红外光性能的稀土配合物。
7.根据权利要求6所述的荧光纳米粒子，其特征在于所述基质材料中，所述疏水基团 选自烷基、苯基、酯基和醚基中的至少一种；所述基质材料选自甲基丙烯酸-甲基丙烯酸酯 共聚物、苯乙烯-甲基丙烯酸共聚物、丙烯酸-丙烯酸酯共聚物、马来酸烷基酯-马来酸共 聚物、马来酸单丁酯与甲基乙烯基醚的聚合物和苯乙烯-甲基丙烯酸酯-丙烯酸三嵌段共 聚物中的至少一种，更优选甲基丙烯酸-甲基丙烯酸酯共聚物和苯乙烯-甲基丙烯酸共聚 物；所述稀土配合物选自式IV结构通式所示化合物、式V结构通式所示化合物、式VI结构 通式所示化合物中的至少一种；
8.根据权利要求4-7任一所述的荧光纳米粒子，其特征在于所述基质材料与所述稀 土配合物的质量比为1 10，000 1，优选3 1000 1，更优选3 100 1 ；所述高 分子共聚物的数均分子量为3，000 150，000,优选50，000 10，000,更优选10，000 70, 000 ；所述高分子共聚物中，羧基基团占所述高分子共聚物总质量的0.01% 40%， 具体为 0. 5-25 %,0. 5-15%,0. 5-10 % ,1-25 % ,1-15 % ,1-10 % ,2-25 % ,2-15 % ,2-10 %, 3-25%、3-15%、3-10%、3-5%、2-3%、2-5%、5-25%、5-15%或5-10%，优选0. 05-20%;所 述荧光纳米粒子的粒径为10 200纳米，具体为12-180nm、12_145nm、12-100nm、22-180nm、 22-145nm、22-100nm、30-180nm、30-145nm、30-100nm、35-180nm、30-145nm、30-100nm、 35-180nm、35-145nm、35-100nm、40-180nm、40-145nm、40-100nm、45-180nm、58-180nm、 75-180nm、80-180nm、100_180nm、145-180nm、22-80nm、30_80nm 或 40_80nm，优选 12_120nm。
9.一种制备权利要求4-8任一所述荧光纳米粒子的方法，包括如下步骤1)将所述稀土配合物和所述基质材料溶于能与水混溶的有机溶剂中，得到所述稀土配 合物和所述基质材料的有机溶液；2)将所述步骤1)得到的有机溶液与水混勻，得到溶胶a；3)除去所述溶胶a中的有机溶剂，离心分离后，将沉淀重新分散于水或缓冲溶液中，得 到分散于水或缓冲溶液中的权利要求4-8中任一所述的荧光纳米粒子。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于所述步骤1)中，所述稀土配合物的浓 度为1 X 10_4 10g/L，优选0. 01 3g/L ；所述基质材料的浓度为1 X 10_4 100g/L，优选 0.01 10g/L;所述能与水混溶的有机溶剂选自甲醇、乙醇、丙酮、乙腈、二甲基甲酰胺和四 氢呋喃中的至少一种；所述步骤2、中，所述水的体积为所述步骤1)得到的有机溶液体积的1 1000倍，优 选5 100倍；所述步骤幻中，所述除去所述溶胶a中的有机溶剂的步骤中，温度为4 100°C，优选 4 80°C ；所述缓冲溶液选自磷酸盐缓冲溶液、Tris-HCl缓冲溶液和碳酸盐缓冲溶液中的至少一种。
11.权利要求4-8任一所述荧光纳米粒子在制备纳米荧光生物探针或生物成像发光标 记物中的应用。
12.权利要求4-8任一所述荧光纳米粒子分散于水或缓冲溶液中形成的胶体溶液。
13.根据权利要求12所述的胶体溶液，其特征在于所述缓冲溶液选自磷酸盐缓冲溶 液、Tris-HCl缓冲溶液和碳酸盐缓冲溶液中的至少一种。
14.权利要求12或13任一所述胶体溶液在制备纳米荧光生物探针或生物成像发光标 记物中的应用。
全文摘要
本发明公开了一类荧光纳米粒子与其制备方法及应用。此类荧光纳米粒子由含羧基共聚物基质材料和分散在所述基质材料中的稀土荧光染料构成；本发明的荧光纳米粒子制备方法包括将稀土配合物荧光染料和共聚物溶解于能与水混溶的有机溶剂中，将上述溶液加入水中，利用共沉淀-自组装过程形成所述荧光纳米粒子。本发明的荧光纳米粒子具有优异的长波激发发光性能、良好的稳定性以及可用于偶联生物分子的表面羧基。基于此类荧光纳米粒子的生物探针，在高灵敏荧光免疫分析以及生物成像等方面具有广阔应用前景。
文档编号C09K11/06GK102134253SQ201010100090
公开日2011年7月27日 申请日期2010年1月22日 优先权日2010年1月22日
发明者王远, 薛富民, 邵光胜, 韩荣成, 马严 申请人:北京大学