一种稀土上转换纳米荧光探针及其制备和应用的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种稀土上转换纳米荧光探针及其制备和应用，是由上转换荧光纳米粒子与Au纳米形成异质的功能性荧光纳米微粒；所述上转换荧光纳米粒子NaYF4:Yb3+/Er3+与Au它们之间的摩尔比例分别为5:1，10:1，15:1，20:1，在140℃条件下搅拌2.5h；所得微粒与上转换荧光纳米粒子相比较红色荧光增强，绿色荧光减弱。由于稀土上转换荧光纳米粒子光化学稳定性好，毒性低；并且用近红外激光器作为激发光源，光穿透能力强，无背景荧光，在生物荧光成像和CT显影剂领域有潜在的应用价值。
【专利说明】一种稀土上转换纳米荧光探针及其制备和应用
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及稀土上转换纳米荧光探针，具体地说是NaYF4: Yb3+/Er3+-Au异质结构的纳米粒子的制备和应用。
【背景技术】
[0002]生物荧光成像技术是近年来发展起来的一项分子、基因表达的分析检测技术。由于具有快速、无损伤、直观、灵敏度高等优势已广泛应用于临床诊断、治疗、医学研究及生命科学等领域。荧光探针在荧光成像中具有对被检测物进行标记和跟踪的作用。理想的生物荧光成像探针应具备以下条件:1.具有良好的光化学稳定性，不易被光解或漂白；2.具有良好的水溶性和生物相匹配性，且毒性低，对生物体功能几乎没有影响；3.低能量激发，发射光谱特性突出；4.具有良好的组织穿透性；5.荧光量子产率高。目前已经报道的可用于生物荧光成像探针的主要有以下几种:
[0003](1)有机染料:目前在生物荧光成像研究中应用最普遍的荧光探针是有机染料，并且11引哚菁绿已成功应用于临床医学(文献1:Benson RC, Kues HAPhysMed, Biol23:159 - 63, 1978 ；文献 2:Τ.Desmettre, MD, PhD, J.M.Devoisselle, PhD, and
S.Mordon, PhD, Surv Ophthalmol, 45:15 - 27, 2000)。但是它们由于存在一些局限性如:激发光谱较窄而发射峰较宽；光稳定性差，易光漂白、光解，因此，不利于长时间在体实时、动态检测。
[0004](2)半导体量子点:近些年随着纳米材料的发展，半导体量子点如ZnS-CdSe(文献3:ffarren C.ff.Chan and Shuming Nie, Science, 1998，281，2016-2018)也开始被广泛应用于荧光检测中，它具有光稳定性强，激发光谱宽而发射光谱窄，Stokes位移大，量子产率高等优点，但是由于它的化学稳定性差和潜在毒性(重金属)，以及需要紫外激发，光穿透能力弱，并且会损害生物组织，引起生物组织自荧光等缺点限制了它们在生物荧光成像方面的应用。
[0005](3)稀土上转换荧光纳米材料:稀土上转换这个概念在二十世纪六十年代中期首次被Auzel等人(文献4:F.Auzel, Chem.Rev., 2004, 104, 139)确切的提出。直到九十年代后期，随着纳米材料的发展，稀土上转换纳米材料在生物分析和医学成像上才得到发展。稀土上转换荧光纳米材料由于利用近红外激光器作激发光源，减小了紫外激发对细胞或组织的损伤，并且具有较强的光穿透能力，另外大部分生物分子对红外光几乎没有吸收，减小了生物组织的自荧光干扰等优异特性，在生物细胞与活体成像方面的应用引起了研究者的高度兴趣。但是上转换荧光强度弱已成为普遍共识，并且这种单一的成像模式不能完整的提供某一物质的结构及功能的信息，就需要在一种纳米材料上联合其他功能的纳米材料可以实现多模式成像。
【发明内容】
[0006]针对以上的问题，本发明的目的是提供一种荧光强度高的功能性上转换荧光纳米探针(upconversion nanomaterials,简称UCNP)及其制备和应用。
[0007]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为:
[0008]由稀土上转换荧光纳米粒子与Au形成异质的功能性荧光纳米微粒；
[0009]稀土上转换荧光纳米探针具体制备过程为:
[0010]I)稀土上转换荧光纳米微粒:在高温、绝氧条件下，于高沸点有机溶剂中，三氟乙酸盐热分解生成NaYF4: Yb3+/Er3+纳米粒子，作为上转换荧光纳米前躯体；
[0011]2)在表面活性剂中加入上转换荧光纳米前驱体，再加入HAuCl4.4H20和油胺，超声，充分混合，在140°C条件下搅拌2.5h，最后离心分离即可。
[0012]总之，本发明稀土上转换荧光纳米粒子与Au所形成的荧光性异质结构为发光物质，稀土上转换荧光纳米粒子采用热分解法将三氟乙酸稀土盐热分解得到NaYF4: Yb3+/Er3+纳米粒子，作为前驱体。
[0013]所述稀土上转换荧光纳米前驱体和Au摩尔分别比为5:1，10:1，15:1，20:1 ;所述高沸点有机溶剂为:油酸和油胺；表面活性剂为1-十八烯非极性溶剂。
[0014]本发明的稀土上转换纳米荧光探针具有如下优点:
[0015](I)制备方法简单，不需要繁琐的步骤，合成的纳米粒子粒径小且均匀。
[0016](2)上转换 荧光强度明显增强，并且其中绿色荧光减弱，而红色荧光增强。
[0017](3)由于此纳米粒子激发光源为近红外激光器，可以用于活体动物荧光成像，进行实时、动态检测。
[0018](4)由于Au纳米具有高电子密度，有作为一种优越的CT显影剂的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是NaYF4: Yb3+/Er3+iAu纳米荧光微粒的透射电子显微镜照片。
[0020]图2是NaYF4: Yb3+/Er3+iAu纳米荧光微粒的XRD图。
[0021 ] 图3是NaYF4: Yb3+/Er3+iAu纳米荧光微粒的紫外光谱。
[0022]图4是NaYF4: Yb3+/Er3+iAu纳米荧光微粒的荧光光谱。
[0023]图5是NaYF4:Yb3+/Er3+@Au纳米荧光微粒的荧光成像图。
【具体实施方式】
[0024]下面通过实施例对本发明作进一步说明。
[0025]实施例1
[0026]NaYF4:Yb3+/Er3+@Au纳米荧光微粒的制备及表征:
[0027](I) NaYF4: Yb3+/Er3+iAu 纳米荧光微粒的制备:
[0028]首先合成NaYF4:Yb3+/Er3+荧光纳米粒子前驱体:分别按比例称取固体药品Immol的 RE2O3 (2%Er203, 20%Yb203, 78%Y203)和 2mmol 的 NaOH 加入到 250mL 三口烧瓶中，加入 50%三氟乙酸3mL，在氮气流中搅拌，加热到100°C，将溶液蒸干。然后将32mL油酸和16mL的油胺加入到三口烧瓶中，升温到120°C，搅拌0.5h，除掉水分和氧气，然后缓慢升温到300°C，保持此温度搅拌2h。反应完毕后于室温条件下自然冷却，加入丙酮使其沉淀，离心分离分离后，产物用无水乙醇反复超声清洗、离心后得到白色固体产物。
[0029]然后将30-300mg NaYF4: Yb3+/Er3+ 溶于 IOmll-十八烯中，超声，加入 HAuCl4.4H20(使NaYF4:Yb3+/Er3+与Au的摩尔比分别为5:1，10:1，15:1，20:1)，再加入2ml油胺，超声十几分钟，得到亮黄色溶液，加热到140°C，搅拌2.5h。冷却后用大量乙醇洗涤，离心分离即得NaYF4: Yb3VEr3+iAu纳米荧光微粒。
[0030](2) NaYF4: Yb3+/Er3+iAu纳米荧光微粒的性质表征:
[0031](a) NaYF4: Yb3VEr3+iAu纳米荧光微粒的形态及大小尺寸
[0032]图1是NaYF4:Yb37Er3+@AU纳米粒子的透射电子显微镜照片，从照片可见用该法制得的Au纳米微粒依附在稀土上转换纳米微粒NaYF4:Yb3+/Er3+周围生长，大小均匀，NaYF4: Yb3+/Er3+粒径尺寸为30nm左右，Au纳米微粒粒径尺寸为7nm左右。
[0033]图2是NaYF4: Yb3+/Er3+@Au纳米粒子的XRD图，从图中我们可以看出稀土上转换荧光纳米粒子NaYF4:Yb3+/Er3+与XRD标准卡片对照，属于纯的立方NaYF4晶相。NaYF4 = Yb3+/Er3+OAu纳米粒子的XRD图出现了 Au的衍射峰，说明此功能性稀土上转换纳米粒子中含有Au纳米。
[0034](b) NaYF4: Yb3+/Er3+iAu纳米粒子的光谱特性
[0035]图3是NaYF4:Yb3+/Er3+@Au纳米粒子的紫外光谱图。图中可见NaYF4:Yb3+/Er3+@Au纳米粒子在530nm左右的地方出现了 Au的特征吸收峰，但是在270nm左右Au的特征吸收峰消失；并且随着NaYF4: Yb3+/Er3+与Au比例逐渐减小卿Au含量的增加)，在530nm左右的吸收峰逐渐变宽且红移。
[0036]图4是NaYF4:Yb3+/Er3+@Au纳米粒子的荧光光谱图。图中可见NaYF4:Yb3+/Er3+@Au纳米粒子与NaYF4:Yb3+/Er3+相比较，在540nm处的荧光强度减弱；而在660nm处的荧光强度增强。`
[0037](3) NaYF4:Yb3VEr3+iAu纳米荧光微粒的荧光成像应用:
[0038]将NaYF4:Yb37Er3+@Au纳米荧光微粒配制成2mg/mL的溶液注射到裸鼠肌肉下5mm处，在小动物成像仪上进行荧光成像。
[0039]图5是NaYF4:Yb37Er3+@Au纳米荧光微粒的荧光成像图，从图中我们可以看出将NaYF4:Yb3+/Er3+iAu纳米荧光微粒注射到裸鼠肌肉下3_处，可以清晰看到荧光成像。
【权利要求】
1.一种稀土上转换荧光纳米探针，其特征在于: 于上转换荧光纳米微粒上担载有Au纳米粒子，所述上转换荧光纳米微粒与Au，它们之间的摩尔比分别为5-30:1。
2.—种权利要求1所述稀土上转换荧光纳米探针的制备方法，其特征在于:在非极性表面活性剂中加入上转换荧光纳米微粒前驱体，然后加入HAuCl4.4H20，用油胺将其还原成Au纳米，形成的功能性纳米稀土荧光微粒。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于: 合成NaYF4:Yb3+/Er3+上转换荧光纳米粒子前驱体:分别按比例称取固体药品RE2O3和NaOH 加入到三口烧瓶中，RE2O3 由摩尔含量 l%-29ffir203、18%-20%Yb203、78%_80%Y203 组成，向三口烧瓶中加入质量分数为40-60%的三氟乙酸形成三氟乙酸盐溶液；其中RE2O3的物质的量为l-6mmol和NaOH的物质的量为2-12mmol，质量分数为40-60%的三氟乙酸的体积为1.5mL-9mL，在氮气流中搅拌，加热到95_100°C，将溶液蒸干；然后将油酸和油胺加入到三口烧瓶中，油酸和油胺的体积分别为32-192mL和16_96mL，升温到120_140°C，搅拌半小时待除掉水分和氧气，然后缓慢升温到300-340°C，保持此温度搅拌0.5-3h ;反应完毕后于室温条件下自然冷却，加入丙酮使其沉淀，离心分离后，固体产物用无水乙醇反复超声清洗、离心后得到白色固体产物NaYF4: Yb3+/Er3+。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于:将30-300mg的NaYF4:Yb3+/Er3+溶于10-20ml非极性表面活性剂中，超声；加入HAuCl4.4H20，使NaYF4: Yb3+/Er3+与Au的摩尔比分别为5-30:1，再加入l-5ml油胺，超声十几分钟，得到亮黄色溶液，加热到50_140°C，搅拌2-24h ;冷却后用乙醇洗涤，离心分离即得 NaYF4: Yb3VEr3+iA`u纳米荧光微粒。
5.根据权利要求2或4所述的制备方法，其特征在于:非极性表面活性剂为1-十八烯、辛醚、或二苯醚。
6.一种权利要求1所述的稀土上转换荧光纳米探针在生物标记中的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于:所述生物包括多肽、抗体、抗原、蛋白、核酸等分子中的一种或二种以上。
8.—种权利要求1所述的稀土上转换荧光纳米探针用于生物荧光光成像过程中。
【文档编号】C09K11/85GK103865537SQ201210551858
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2012年12月17日 优先权日:2012年12月17日
【发明者】马小军, 谭明乾, 单爽 申请人:中国科学院大连化学物理研究所