上转换荧光纳米颗粒的制作方法

上转换荧光纳米颗粒的制作方法
【专利摘要】本发明提供上转换(upconversion)荧光纳米颗粒，所述颗粒包含：第一纳米晶体层、第二纳米晶体层和位于所述第一纳米晶体层和第二纳米晶体层之间的能量吸收层。还提供包含所述上转换荧光纳米颗粒的制品，以及包含所述上转换荧光纳米颗粒的生物成像和/或生物检测装置。所述生物成像和/或生物检测装置还可包含生物分子和激发源。
【专利说明】上转换荧光纳米颗粒 发明领域
[0001] 本发明涉及上转换（upconversion)焚光纳米颗粒和包含所述上转换焚光纳米颗 粒的制品。
[0002] 发明背景
[0003] 将复杂细胞事件联接在一起的艰巨任务目前可通过多路技术来进行。通过对细胞 样品赋予彩色荧光色，可使多于一种目标物在相同细胞中同时可见，从而允许在单次快照 中捕捉数项事件，于此同时，除了使取样误差最小化和简化所含内标以外，还减少所需的试 剂、消费品和样品的量。事实上，所述多路技术能力随多色荧光的出现而成为可能。具有高 度独特光学性质，以及单一波长的近红外（NIR)光的激发后的紫外（UV)、可见（VIS)和近红 外（NIR)区域的发射波长的上转换纳米颗粒（UCN)已成为受欢迎的一组新型荧光标记物， 预见其能够克服当前传统标记物的限制。采用NIR作为激发光源具有竞争性的优势，因为 除了大多数生物分子不具有上转换性质以外，实践中，因在NIR光谱范围内缺乏有效内源 性吸收物从而样品产生接近零背景的可见荧光。
[0004] 在多重检测设置中使用时，也可大幅降低激发光和发射光之间的交互作用。此外， UCN在单一NIR激发波长的多色发射能力允许容易同时激发不同颜色。此外，与对细胞的较 低光损伤（photo-damage) (NIR激发光通常对低剂量的生物分子无害）相联的其固有的特 殊光稳定性特征和精密蛋白质使其成为长期活细胞成像方面具有吸引力的工具。因此，处 理这些UCN的色彩输出的能力在控制其独特光学性质以产生新型、优质的荧光标签供于多 路技术应用而言特别重要。
[0005] 先前已通过掺入Tm、Ho、Er和Yb镧系元素离子进入NaYbFjPNaYF4栅来制造四种 色彩UCN，但由于其非均一尺寸、无规形状和具有相比其批次类似物而言低得多的密度从而 显示出低质量。已经报道一种通过调节共同掺入纳米晶体的Er/Tm比来微调上转换发射色 彩的方法。类似地，先前也已公开了一种通过改变粒径及其Yb/Tm掺入浓度来合成具有蓝 色、紫色和红色整体输出色的NaYF4:Yb，Tm纳米晶体的方法。然而，不可否认，上述方法容易 受制于荧光淬灭，这归因于Er或Tm离子掺入相同晶体基质作为其它稀有稀土掺杂物时出 现的交叉弛豫，从而Er和Tm离子的浓度仅能够在某一范围内调整，因此使通过该方法进行 的颜色调整非常受限。由此，通过仅调节其Er/Tm比难以获得具有强荧光的多色发射UCN。
[0006] NaYF4UCN的上转换发射是尺寸依赖性的，并且其绿/红发射比（fgA)受到无掺杂 a-NaYF4壳体的被覆的影响。尽管通过处理这些参数获得多色UCN，但发射不同颜色的纳 米晶体具有不同尺寸，因此阻碍了其下游应用的潜力。
[0007] 也已制造出基于UCN和已包封在所述UCN的二氧化硅壳体中的有机染料（OD)或 量子点（QD)之间出现的荧光共振能量转移（FRET)的多色发射上转换纳米球。然而，所述 多色发射极其依赖于并受限于从UCN到包封的OD或QD的FRET效率。因此，对衍生出多色 UCN所做的上述努力均以消耗所述颗粒的上转换荧光密度为代价。
[0008] 因此，需要改进的上转换荧光纳米颗粒。
[0009] 发明概沐
[0010] 本发明意在解决本领域中的至少一个问题，并且提供改进的上转换荧光纳米颗 粒，其可用作高效且有效的生物标志物，等等。
[0011] 根据第一方面，本发明提供一种上转换荧光纳米颗粒，其包含：第一纳米晶体层、 第二纳米晶体层，和处于所述第一纳米晶体层与所述第二纳米晶体层之间的能量吸收层， 其中所述第一纳米晶体层和所述第二纳米晶体层各包含至少一种下式化合物=(M1) ^M2) kXn: (M上，而所述能量吸收层包含至少一种下式化合物：(M1)^(M2)kXn: (M3U
[0012] 其中
[0013] 各X相同或不同，并且选自下组：卤素、0、S、Se、Te、N、P*As;
[0014] 各札（若存在）相同或不同，并且选自下组：Li、Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、 Ba、Ra、O和NH4;
[0015] 各M2相同或不同，并且是金属离子；
[0016] 各M3，独立地，相同或不同并且选自下组：Er、Tm、Pr、Ho、Nd、Tb、Eu、Sm、Yb、Ce、Dy、 Mo和Cs;
[0017] j为0彡j彡10;k为1彡k彡10;n为1彡η彡10;q为1彡q彡10;且r为 0 <r< 10〇
[0018] 具体而言，j、k、n、q和r分别表示一个晶体单胞中MnMyX和M3元素的数量。例 如，如果q或r是1，仅有一个％元素掺入所述层中。当q或r是2(或更高数值）时，有两 个（或更多个）不同的M3元素共同掺入相应的层中。因此，j、k、n、q和r不代表MnM2、X 和％的原子价。例如，当第一纳米晶体层和/或第二纳米晶体层包含NaYF4:Yb,Tm时，1^是 Na，j是1，M^Y，k是1，X是F4，n是l，M^Yb和Tm共掺入，并且q是2。同样，当能量 吸收层包含NaYbF4 =Er时，M^Na，j是 1，112是￥13,k是 1，X是F4,η是 1，M^Er并且r 是1。
[0019] M2可以是任何合适的金属离子。例如，M2可以是过渡金属离子、内过渡金属离子， 或I?VI族的金属离子。具体而言，M2可选自下组：Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、 Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu。
[0020] 根据一个具体方面，所述第一纳米晶体层、第二纳米晶体层和能量吸收层中至少 之一可包含至少一种发射离子和至少一种吸收离子。具体而言，所述能量吸收层可用至少 一种吸收离子饱和。
[0021] 第一纳米晶体层和第二纳米晶体层各自可包含任何合适的纳米晶体。例如，第一 纳米晶体层和第二纳米晶体层可包含任何合适的纳米晶体，所述纳米晶体选自但不限于： NaYF4: (M3)La2O3: (M3)La2O3: (M3)La2 (MoO4) 3 ： (M3)LnF3: (M3)Y2O2S： (M3)Y2O3 ： (M3) TeO2: (M3)q、ZrO2: (M3)q、LaPO4: (Μ入和LiYF4: (M3) q，其中 ％和q如上定义。
[0022] 所述能量吸收层可包含任何合适的化合物。例如，所述能量吸收层可包含（但不 限于）如下至少一种：NaYbF4: (M3)r、La2O3: (M3)r、La2O3: (M3)r、La2(MoO4)3: (M3)r、LnF3: (M3)r、 Y2O2S: (M3)r、Y2O3: (M3)r、TeO2: (M3)r、ZrO2: (M3)r、LaPO4: (M3)r^PLiYbF4: (M3)r，其中M3和r如 上定义。
[0023] 根据一个具体方面，第一纳米晶体层和第二纳米晶体层各自可以相同或不同，并 且可包含选自下组的纳米晶体：NaYF4:Yb,Er和NaYF4:Yb,Tm，并且所述能量吸收层可包含 选自下组的化合物：NaYbF4、NaYbF4:Er、NaYbF4:Tm和NaYbF4:Ho。
[0024] 所述上转换荧光纳米颗粒可以是NIR-至-可见的、NIR-至-NIR或NIR-至-紫 外上转换荧光纳米颗粒。
[0025] 根据另一个具体方面，所述上转换荧光纳米颗粒可包含连接至所述纳米颗粒的至 少一种生物分子。可将任何合适的生物分子连接至所述纳米颗粒。例如，所述生物分子可以 是但不限于：蛋白质、核酸、核苷、核苷酸、DNA、激素、氨基酸、肽、拟肽物、RNA、脂质、白蛋白、 抗体、磷脂、糖脂、固醇、维生素、神经递质、碳水化合物、糖、二糖、单糖、寡肽、多肽、寡糖、多 糖及其混合物。
[0026] 根据第二方面，本发明提供包含上述上转换荧光纳米颗粒的制品。所述制品可以 是任何合适的制品。例如，所述制品可以是（但不限于）生物探针、药物递送运载体、生物 成像装置、生物实验物（bioassay)、用于生物检测的装置或光电子装置。
[0027] 根据第三方面，本发明提供生物成像和/或生物检测设备，所述装置包含至少一 种上述的上转换荧光纳米颗粒，至少一种生物分子以及至少一种激发源。
[0028] 所述生物分子可以是任何合适的生物分子。例如，所述生物分子可以如上所述。
[0029] 所述激发源可以是任何合适的激发源。例如，所述激发源可以是NIR。具体而言， 所述NIR可以是980nm处的波长。
[0030] 本发明还提供包含至少一种如上所述上转换荧光纳米颗粒或如上所述的制品的 试剂盒。所述试剂盒可任选地包含至少一种生物分子。所述生物分子可以是任何合适的生 物分子。例如，所述生物分子可以如上所述。
[0031] 附图简要说明
[0032] 为了使本发明能被充分理解且易于获得实践效果，现通过非限制性示例的方式描 述仅示例性实施方式，参考所示附图进行描述。在附图中：
[0033] 图1显示夹心结构UCN的示意性设计和特点。（a)顶图：开$成夹心结构构造的示 意图，其利用夹在两个A基质层之间的能量累积B基质层调整UCN发射颜色。中间B基质 层的子结构视图示于最右侧。A和B分别定义为NaYFjPNaYbF4基质。底图：掺入ABA构 造的不同层中的不同镧系元素离子的能量转移图示于最左侧。从ABA构造的不同壳体混合 的RGB色彩以产生多色发射UCN的示意图示于右侧。（b)，典型合成的UCN的代表性TEM图 像。从左到右：核UCN、核-壳UCN和夹心结构UCN(比例尺：50nm)。（c)，UCN的粒径分布 统计直方图。从左到右：核UCN、核-壳UCN和夹心结构的UCN。（d)UCN的XPS谱。从左到 右：核UCN、核-壳UCN和夹心结构的UCN。内插图是各样品的相应的元素扫描。（e)，夹心结 构的UCN形成过程中的晶体XRD图谱。各UCN的层组分如下：核UCNA:Yb，Er，核-壳UCN A:Yb,Er@B:Er和夹心结构的UCNA:Yb,Er@B:Er@A:Yb,Tm。（f)，夹心结构形成的不同阶段的 UCN的元素图。从顶图至底图，各UCN的组分如下：核UCNA:Yb，Er，核-壳UCNA:Yb，ErO B:Er和核-壳-壳UCNA:Yb,Er@B:Er@A:Yb,Tm;
[0034] 图2显示用不同量的Er和Tm发射离子共同掺入的未被覆的UCN的发射。
[0035] 图3显示多色发射UCN的光学图像和荧光图谱。（a)多色UCN的上转换图谱。（a) 中的UCN的层组分（从顶到底）如下：A:Yb，Er、A:Yb，Tm、B:Er、A:Yb，Er@B:Tm@A:Yb，Tm、 A:Yb,Tm@B:Er@A:Yb,Er、A:Yb,Tm@B:Er@A:Yb,Tm。NaYF4定义为A，而NaYbF4定义为B; (b)， UCN在壳形成过程中的发射；（c)带有不同壳覆层的UCN的发射；
[0036] 图4显示夹心结构的UCN关于其核和核-壳UCN对应物的荧光发射，其中其B基 质壳从中间层转换至最外层；
[0037] 图5显示具有不同厚度的B壳覆层的UCN的发射；
[0038] 图6显示不同层对颗粒的总体发射的作用。下述结构之间的荧光图谱比较：（a)， 具有掺入的对比未掺入的核的夹心结构UCN;(b)，在中间B基质层中具有不同掺入物构成 成分的夹心结构UCN; (c)，在最外层A基质层中具有不同掺入物构成成分的夹心结构UCN;
[0039] 图7显示用多色UCN同时标记多重亚细胞靶标的示意图。可使具有基于镧系元素 掺入层的不同组合的夹心结构组装的RGB可调整发射的不同颜色的UCN偶联至针对两种细 胞表面受体和微管结构的抗体。特定细胞靶标各具色彩标签，在单一 980nmNIR波长处的 激发将会产生各靶标不同色彩的上转换荧光，允许容易地进行多种靶标的平行检测；
[0040]图8显示用UCN对活细胞进行HER2单标记。活的（a)，HER2-过表达SK-BR-3,和 (b)，HER2-低表达MCF-7乳腺癌细胞针对HER2细胞表面受体用抗-HER2-UCNs-(A:Yb，TmO B:Er@A:Yb，Tm)染色（比例尺：10μπι)。（c)，用抗HER2-UCN染色的SK-BR-3细胞的放大 图像，和（d)，其细胞膜用AlexaFluor488-伴刀豆球蛋白A偶联物复染的对应图像，显示 UCN-染色的HER2的亚细胞位置（比例尺：5μm)。红色荧光指示UCN在980nm激发下的上 转换发射，蓝色荧光显示用DAPI核复染而绿色荧光是用AlexaFluor488-伴刀豆球蛋白 A偶联物复染的细胞膜；
[0041] 图9显示用UCN对活细胞进行HER2单标记。活的HER2-过表达SK-BR-3和HER2-低 表达MCF-7乳腺癌细胞针对HER2细胞表面受体用抗-HER2-UCNs- (A:Yb,TmOB:ErOA:Yb,Tm) 染色。红色荧光（R)指示980nm激发下发自UCN的上转换发射，而蓝色荧光（B)显示采用 DAPI的核复染。来自各细胞系的顶图显示以低放大倍数拍摄的图像（比例尺：50μπι)，而 来自各细胞系的底图显示以高放大倍数拍摄的图像（比例尺：1〇μπι);
[0042] 图10显示在固定的细胞上用UCN进行的BMPR2单一标记。固定的SK-BR-3细胞 用抗-BMPR2-UCN-(A:Yb，Tm)针对BMPR2细胞表面受体染色（比例尺：10μπι)。蓝色荧光指 示在980nm激发下发自UCN的上转换发射，而采用DAPI的核复染假染色（pseudocoloured) 为黄色；
[0043] 图11显示对用抗HER2-UCN标记的SK-BR-3细胞死亡的实时跟踪。通过停止常规 的5%C02和37°C常温的供应来诱导抗-HER2-UCN-染色的SK-BR-3细胞死亡。采用延时 共聚焦显微镜在2小时时程中于980nm激发下持续捕获死亡过程。来自摄影的0小时和2 小时的视频快照显示细胞形状变化，如其抗-HER2-UCN染色的轮廓所示。红色荧光指示UCN 在980nm激发下的上转换发射，蓝色荧光显示用DAPI核复染而绿色荧光是用AlexaFluor 488-伴刀豆球蛋白A偶联物复染的细胞膜（比例尺：5μπι);
[0044] 图12显示在活细胞和固定细胞上采用多色UCN的亚细胞靶标的多重标记。
[0045](a)，固定的3Τ3成纤维细胞分开针对细胞表面受体BMPR2和TOGFRα，以及细胞骨 架成分微管，分别用抗-BMPR2-UCN- (A:Yb,Tm@B:Er@A:Yb,Tm)、抗-PDGFRa-UCN- (A:Yb,Tm) 和抗-α-微管蛋白-UCN-(A:Yb，Er@B:Tm@A:Yb，Tm)染色（比例尺：10μπι)。左图中的 红色荧光指示来自抗-HER2-UCN-(A:Yb，Tm@B:Er@A:Yb，Tm)的上转换发射，中图中的蓝色 荧光指示来自抗-PDGFRa-UCN- (A:Yb,Tm)的上转换发射，而右图中的红色荧光指示来 自抗-α-微管蛋白-UCN-(A:Yb,Er@B:Tm@A:Yb,Tm)的上转换发射，均在980nm激发下。 采用DAPI的核复染由左图和右图中的蓝色荧光指示，而中图是假染色的黄色。（b)，针 对BMPR2 和PDGFRα细胞表面受体，分别用抗-BMPR2-UCN- (A:Yb,TmOB:ErOA:Yb,Tm)和 抗-PDGFRa-UCN-(A:Yb,Tm)双染活3T3细胞。红色荧光指示来自抗-BMPR2-UCN-(A:Yb,TmO B:Er@A:Yb，Tm)的上转换发射，而蓝色荧光指示来自抗-PDGFRa-UCN-(A:Yb，Tm)的上转 换发射，均在980nm激发下。（c)，固定的3T3细胞针对BMPR2和TOGFRa细胞表面受体和 第三微管结构用抗-BMPR2-UCN- (A:Yb,Tm@B:Er@A:Yb,Tm)、抗-PDGFRa-UCN- (A:Yb,Tm) 和抗-a-微管蛋白-UCN-(A:Yb，Er@B:Tm@A:Yb，Tm)分别三重染色。红色荧光指示来 自抗-BMPR2-UCN- (A:Yb,Tm@B:Er@A:Yb,Tm)和抗-a-微管蛋白-UCN- (A:Yb,Er@B:TmO A:Yb，Tm)的上转换发射，绿色荧光指示来自抗-BMPR2-UCN-(A:Yb，Tm@B:Er@A:Yb，Tm)的上 转换发射，而蓝色荧光指示来自抗-PDGFRa-UCN-(A:Yb，Tm)的上转换发射，均在980nm激 发下。用DAPI的核复染假染色成黄色。所有这些色彩的合并图像显示染色的细胞结构的 彼此相对位置以及其在细胞边界内的分布，其可通过此处（b)和（c)中插图所示的对应亮 场图像来跟踪（比例尺：IOym);
[0046] 图13显示带有不同颜色的UCN的固定细胞上的三种亚细胞靶标的单一标记。
[0047] 固定的3T3成纤维细胞分开针对细胞表面受体BMPR2和TOGFRa，以及细胞骨架 成分微管，分别用抗-BMPR2-UCN- (A:Yb,Tm@B:Er@A:Yb,Tm)、抗-PDGFRa-UCN- (A:Yb,Tm) 和抗-a-微管蛋白-UCN-(A:Yb，Er@B:Tm@A:Yb，Tm)染色（比例尺：10μπι)。顶图中的 红色荧光指示来自抗-HER2-UCN-(A:Yb，Tm@B:Er@A:Yb，Tm)的上转换发射，中图中的蓝色 荧光指示来自抗-PDGFRa-UCN- (A:Yb,Tm)的上转换发射，而底图中的红色荧光指示来自 抗-a-微管蛋白-UCN-(A:Yb,Er@B:Tm@A:Yb,Tm)的上转换发射，均在980nm激发下。采用 DAPI的核复染由顶图和底图中的蓝色荧光指示，而中图是假染色的黄色；
[0048] 图14显示对活细胞上的细胞表面受体用两色多重UCN系统进行双标记。针 对BMPR2 和PDGFRa细胞表面受体，分别用抗-BMPR2-UCN- (A:Yb,Tm@B:Er@A:Yb,Tm)和 抗-PDGFRa-UCN-(A:Yb,Tm)双染活 3T3 细胞。
[0049] 红色荧光指示来自抗-BMPR2-UCN-(A:Yb，Tm@B:Er@A:Yb，Tm)的上转换发射，而蓝 色荧光指示来自抗-PDGFRa-UCN-(A:Yb,Tm)的上转换发射，均在980nm激发下。用DAPI的 核复染假染色成黄色。所有这些色彩的合并图像显示染色的细胞结构的彼此相对位置以及 其在细胞边界内的分布，其可通过此处插图所示的对应亮场图像来跟踪（比例尺：1〇μπι);
[0050] 图15显示采用两色多重UCN系统，对固定细胞上的细胞表面受体进行双 标记。针对细胞表面受体HER2和BMPR2,分别用抗-HER2-UCN-(A:Yb,Tm@B:Er@ A:Yb,Tm)和抗-BMPR2-UCN-(A:Yb,Tm)双染固定的SK-BR-3细胞。红色荧光指示 来自抗-HER2-UCN-(A:Yb,Tm@B:Er@A:Yb，Tm)的上转换发射，而蓝色荧光指示来自 抗-810^2-此^仏:￥13，1'111)的上转换发射，均在98〇11111激发下。用04?1的核复染假染色成 黄色。所有这些色彩的合并图像显示染色的表面受体的彼此相对位置以及其在细胞边界内 的分布，其可通过此处插图所示的对应亮场图像来跟踪（比例尺：1〇μπι);
[0051] 图16显示具有不同壳厚度的NaYF4 =ErONaYbFdS-壳纳米颗粒的TEM图像。各纳 米颗粒的核-壳摩尔比如下：(a) 1:0,（b) 1:0. 1，（c) 1:0. 3,（d) 1:0. 5,（e) 1:0. 9,（f)l:1. 3， (g)l:l. 7 和（h)l:2.I;
[0052]如17显示（a)具有不同壳厚度的NaYF4 =ErONaYbF4核-壳纳米颗粒的荧光光谱，和 (b)具有渐增壳厚度的纳米颗粒在542nm处的绿峰和在657nm处的红峰的荧光密度变化；
[0053] 图18显示具有固定的1:1. 3核/壳比但NaYF4 =Er核尺寸从核-壳1增加至核-壳 4的NaYF4 =ErONaYbFdS-壳纳米颗粒的TEM图像和尺寸分布。
[0054] 图19显示（a)具有固定核/壳比但NaYF4 =Er核尺寸从核-壳1增加至核-壳4 的NaYF4:Er_aYbF4核-壳纳米颗粒的荧光光谱，和（b)具有渐增核尺寸的NaYF4:Er_aYbF4 核-壳纳米颗粒（固定1:1. 3核/壳比）在542nm处的绿峰和在657nm处的红峰的荧光密 度的变化；和
[0055] 图20显示用于对偶联至上转换荧光纳米颗粒的HER2抗体进行定量检测的改进的 布拉德福（Bradford)测试标准曲线。
[0056]详细描沐
[0057] 对用于满足生物标记物在快速发展的多重应用中的急速增长应用的更有效的生 物标记物的需求可通过最近出现的上转换纳米颗粒（UCN)来实现。然而，迄今制造的UCN 显示不具有强荧光，或可用色彩有限。
[0058] 本发明的上转换荧光纳米颗粒允许通过吸收物富离子能量吸收层来有效吸收激 发能量，然后将其转移至附近的第一纳米晶体层和第二纳米晶体层，所述第一纳米晶体层 和第二纳米晶体层在能量吸收层的各侧以提高荧光效率。通过向各壳/层掺入不同的发射 物并调节其厚度，可获得基于RGB色模型可调的不同色彩输出。已简单地合成了具有强发 射密度的多色UCN，并用于采用单一近红外激发波长进行的三种亚细胞靶标的多重检测。
[0059] 本发明的上转换荧光纳米颗粒可包含夹在夹心结构的两层之间的能量累积基质。 出于本发明目的，所述上转换荧光纳米颗粒将被称为具有夹心结构或核-壳-壳（CSS)结 构。在基于RGB色彩模型可调发射的情况下，所述纳米颗粒可具有高荧光性。具体而言，本 发明的纳米颗粒提供密度足够的多色发射。因此，本发明的纳米颗粒可用于关于多色发射 的多重检测。
[0060] 根据第一方面，本发明提供一种上转换荧光纳米颗粒，其包含：第一纳米晶体层、 第二纳米晶体层，和处于所述第一纳米晶体层与所述第二纳米晶体层之间的能量吸收层， 其中所述第一纳米晶体层和所述第二纳米晶体层各包含至少一种下式化合物=(M1) ^M2) kXn: (M上，而所述能量吸收层包含至少一种下式化合物：(M1)^(M2)kXn: (M丄，其中
[0061] 各X相同或不同，并且选自下组：卤素、0、S、Se、Te、N、P*As;
[0062] 各M1 (若存在）相同或不同，并且选自下组：Li、Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、 Ba、Ra、0 和NH4;
[0063] 各M2相同或不同，并且是金属离子；
[0064] 各M3，独立地，相同或不同并且选自下组：Er、Tm、Pr、Ho、Nd、Tb、Eu、Sm、Yb、Ce、Dy、 Mo和Cs;
[0065] j为0彡j彡10;k为1彡k彡10;n为1彡η彡10;q为1彡q彡10;且r为 0 <r< 10〇
[0066] 根据一个【具体实施方式】，所述上转换荧光纳米颗粒可包含夹心结构形式的第一纳 米晶体层、第二纳米晶体层和能量吸收层。具体而言，所述夹心结构可包含夹在两个NaYF4 基质层之间的中间NaYbF4基质层。中间能量吸收层可实现以下作用：（i)其吸收物离子的 富含量允许最大化地吸收激发能量，该激发能量随后被转移至附近的处于各侧的第一纳米 晶体层和第二纳米晶体层；（ii)其修复纳米晶体核（第一纳米晶体层）上的表面缺陷并因 而使荧光淬灭最小化；（iii)其拥有作为色源的上转换发射，其可被用于调整整体输出发 射色彩。具体而言，中间能量吸收层可以是NaYbF4基质，其中Yb吸收物离子中的富含量可 允许最大化地吸收激发能量，所述激发能量被转移至附近的第一纳米晶体层和第二纳米晶 体层。第一纳米晶体层和第二纳米晶体层各自可包含NaYF4。
[0067] 根据【具体实施方式】，第一纳米晶体层和第二纳米晶体层可包含至少一种掺入物。 能量吸收层可以包含或不包含掺入物。掺入物可以是发射物离子和/或吸收物离子。本领 域技术人员应理解，掺入物可以是杂质，其以低浓度添加至化合物以改变所述化合物的一 些性质。例如，掺入物可以千分之一至亿分之一的浓度添加。还应理解，掺入物不改变其添 加目标化合物的晶体结构。
[0068] 通过改变各层中掺入物成分并调节层厚度，可基于RGB模型获得任何所需上转换 发射色彩。所述通过夹心构造的层与层之间的能量累积基质的夹心设计而具有强发射的， 调整本发明的上转换荧光颗粒的发射色彩的方法可生成优良的荧光工具以用于宽范围的 多重应用。本发明上转换荧光纳米颗粒用于多重检测的可行性通过同时采用针对靶标多重 细胞标志物的不同抗体对这些多色上转换荧光纳米颗粒进行进一步表面功能化来证明。纳 米颗粒的下述优势使其具有优于目前用于多路技术的其它纳米材料的显著优势：仅采用单 一激发源即可容易地同时激发多色上转换荧光纳米颗粒，以及可由上转换荧光纳米颗粒的 固有独特光学性质获得的其它优势，包括不存在背景荧光以及采用安全NIR光作为激发源 (因此绕过了对通常需要用于激发传统荧光团（例如QD)和绿色荧光蛋白的潜在细胞毒性 紫外光的需求）。
[0069] 所述上转换荧光纳米颗粒可包含第一纳米晶体层和第二纳米晶体层，其中第一 纳米晶体层和第二纳米晶体层可包含选自下组（但不限于此）的纳米晶体：NaYF4: (M3),、 La2O3: (M3)^La2O3: (M3)^La2(MoO4)3: (M3)^LnF3: (M3)^Y2O2S: (M3)^Y2O3: (M3)^TeO2: (M3)^ ZrO2: (M上、LaPO4: (M上和LiYF4: (M上，其中％和q如上定义。
[0070] 所述能量吸收层可以是任何合适的层。例如，所述能量吸收层可包含（但不限 于）如下至少一种：NaYbF4: (M3)r、La2O3: (M3)r、La2O3: (M3)r、La2(MoO4)3: (M3)r、LnF3: (M3)r、 Y2O2S: (M3)r、Y2O3: (M3)r、TeO2: (M3)r、ZrO2: (M3)r、LaPO4: (M3)r^PLiYbF4: (M3)r，其中M3和r如 上定义。
[0071] 根据【具体实施方式】，所述能量吸收层可以不包含掺入物，其中!是0。例如，当能量 吸收层不需要对发射色彩起作用时，所述能量吸收层需要不掺入发射物离子。然而，所述能 量吸收层可包含吸收物作为掺入物或通过选择合适的M2。
[0072] 根据一个具体方面，第一纳米晶体层和第二纳米晶体层各自可以相同或不同， 并且可包含：NaYF4:Yb,Er或NaYF4:Yb,Tm，并且所述能量吸收层可选自下组：NaYbF4、 NaYbF4:Er、NaYbF4:Tm和NaYbF4:Ho。
[0073] 夹心结构的UCN合成
[0074] 所述第一纳米晶体层和第二纳米晶体层将由"A"表示，而能量吸收层将由"B"表 示。如图Ia中所示，夹心结构的本发明纳米颗粒的合成以逐步过程进行，开始形成A基质 (例如，掺有发射物的NaYF4)核心，然后使其被覆有B基质层（例如，掺有发射物的NaYbF4) 壳体，最后将另一个A基质壳体被覆至B基质上以形成ABA夹心结构的UCN。
[0075] 根据一个【具体实施方式】，所述发射物掺入物的浓度固定至A和B基质中均有 2mol%Er和0· 3mol%Tm，而就Yb感光剂而言设置为A和B基质中分别有20mol%和lOOmol% (作为发射物）。通过该方法，由所述纳米颗粒的透射电子显微镜（TEM)图像（图 Ib)明显可见，获得了均一尺寸的球形纳米颗粒。此处，观察到随着纳米颗粒经历了从核至 夹心结构UCN的结构转变，其粒径从约15nm逐步增加至43nm，因此表明成功形成了夹心结 构。随着所述尺寸增加，由此可推断所述覆层似乎产生约5nm的平均壳体厚度。虽然所述 核-壳或夹心结构颗粒上的这些壳体在TEM图像中并不明显。这可能是因为分别在A和B 基质中占优势的Y和Yb元素之间没有合适的Z对比，因为其离子尺寸足够接近以允许其占 据晶体中相同的晶格位置。因此，UCN核上的壳体形成，如同其尺寸变化反映的那样，后续 进一步通过δ纳米粒度仪进行粒径检测来确认，其揭示在壳体被覆过程中所述纳米颗粒 的平均直径随时间增加（图lc)。此外，该结果还表明所述颗粒在其第一和第二壳体形成 之后呈单分散，因此为成功形成夹心结构提供了进一步的实验证据。还注意到在壳体被覆 过程中，新添加的反应物可能会通过成核作用形成新的小颗粒而不是沉积在先前存在的核 UCN的表面上。然而，因为这高度依赖于所述反应的能量平衡，预期此时壳体形成是主要产 物，因为在新晶体形成所需要克服的能量障碍远高于在存在的核上沉积离子所需的能量。
[0076] 通过X射线光电子能谱学（XPS)和X射线衍射（XRD)进一步检测形成UCN的组合 物和纳米结构。因为所述颗粒的平均壳体厚度是约5nm，各样品中的Y和Yb离子可由XPS 来方便地跟踪，因为XPS对样品的前5nm敏感。此处，记录XPS宽谱扫描以供基于碳和氧的 特征峰进行的元素校正。元素扫描聚焦在Y和Yb元素，因为在该夹心结构形成的不同阶 段中发现它们是特征主导元素。如图Id的中图所示，很明显，对应于中间NaYbF4S质层中 的Yb的4d3电子的200eV附近的峰远高于核UCN(图ld，左图）和夹心结构的UCN(图ld， 右图）中观察到的峰。另一方面，代表Y3b电子的175eV附近的峰在核UCN和夹心结构的 UCN中相对高于其核-壳UCN对应物。这些XPS结果不仅表示所示壳体被成功被覆在所述 核上，而且其不扩散开，因此说明其在被覆之后坚实沉积在核表面上。此外，Y离子仅在B 壳体层被覆之后含量丰富，清除了关于离子在纳米颗粒中迀移（可能在其被置于高温溶液 中时发生）的疑惑，一并否定了不同离子可能出现扩散和分离的假设。事实上，这通过将本 发明的夹心结构的UCN的荧光光谱与先前常规合成的核UCN的荧光光谱做比较而进一步证 实。就此而言，比较具有相同量的离子含量的三重掺入（tri-doped)的UCN(A:Yb，Er，Tm，元 素比Y:Yb:Er:Tm= 53. 3:47. 3:1. 3:0. 1)和夹心结构的UCN(A:0. 2Yb, 0· 02Er@B:0. 02Er@ A:0. 2Yb，0. 003Tm)。发现三重掺入的UCN的发射非常暗，与夹心结构的UCN相反，并且记录 的荧光强度甚至远低于用Yb和Er/Tm共掺入的UCN，这归因于掺入物以高离子浓度存在时 其之间出现的交叉弛豫。因此，这确证了先前的在壳体覆层反应过程中没有离子迀移的概 念。
[0077] 所述夹心结构（核-壳-壳结构）的形成的进一步确认通过经由飞行时间离子质 谱（TOF-SIMS)对纳米颗粒表面上的吸收物元素进行元素比对来完成。在壳体形成的不同 阶段，所述吸收物元素的浓度预计大有不同并且这可基于与存在的元素的浓度成比例增加 的元素图的亮度来观察。根据一个【具体实施方式】，所述吸收物元素可选择是Yb。所述元素 比对可检测300x300μm2的区域。用于研宄具有核-壳-壳结构的上转换荧光纳米颗粒上 的Yb浓度的TOF-SMS的结果如图If所示。具体而言，观察到所述核-壳纳米颗粒的表面 上的Yb同位素的浓度高于核或具有夹心结构的上转换荧光纳米颗粒，这指示发现Yb元素 仅在中间能量吸收层（即，NaYbFJl)中含量丰富，因此证明形成了核-壳-壳结构。
[0078] 基于XRD的颗粒的其它表征表明，在所述反应的每个阶段均产生单结晶六边形相 纳米晶体（图Ie)。此处观察到的右移的XRD峰指示晶体单胞的平均尺寸在用Yb取代的基 质处理夹心结构之后轻微缩小，这通过Yb的离子尺寸（即，1.125A:)小于先前的占据物 Y(1.159A)的事实得以验证。
[0079] 用于色彩调整的夹心结构策略
[0080] 调整UCN的色彩输出无法通过使掺入物（例如Er和Tm(共掺入纳米颗粒））的发 射峰彼此重叠来简单地完成，因为光谱上的各峰对应于某一能量水平。例如，450和475nm 处的发射峰被分配为Tm离子的1D2^节4和1G4^ 3H6跃迀，而409、520、541和653nm处的 发射峰被分配为Er离子从 4H9/2- 4I15/2、4H11/2- 4I15/2、4S3/2- 4115/2和 4F9/2- 4115/2的跃迀。 因此，将两种不同发射物离子掺入一种纳米颗粒可能未必产生强度为其个体发射物的荧光 简单之和的发射光谱。相反，当与常规合成的仅具有掺入发射物的单一物质（即，Er)的 UCN(A:0. 2Yb，0. 02Er)相比时，观察到用Er和Tm发射物离子共掺入的UCN的绝对发射强 度的下降（图2)。为了散发更多的光，合成了不同的Er-Tm比掺入的UCN，同时就所有UCN 样品而言保持吸收物离子Yb浓度恒定在20mol%比（从而确保相同量的被UCN吸收的激 发能量对所述发射物可及）。首先，制备用Er和Tm发射物离子共同掺入的UCN，以这些离 子个体掺入纳米晶体时发现的最佳浓度掺入（即，0. 〇2Er，0. 003Tm)。然后，还合成用一半 量的Er离子但最有Tm量（0.OlEr, 0. 003Tm)共掺入的其它UCN，或具有等分Er和Tm离子 (0.OlEr, 0. 0015Tm)的那些UCN。如图2中记录的光谱所示，具有较高净量的Er和Tm发射 物离子的UCN显示的荧光强度低于具有较低净量的这些发射物离子的UCN，其中在Er-Tm共 掺入样品中（尽管未达相同强度水平，这是因为仅掺入有单一发射物离子Er的那些UCN)， 具有最低量的净发射物离子（0.01Er，0.0015Tm)的UCN发射出最高的荧光。这归因于从放 射源转移的能量的损失（由离子之间的交叉弛豫所致），因此导致较少数的光子，所示光子 的能量水平足够高以在其下降至基态时产生荧光。因此，这些观察结果指示，通过Er/Tm共 掺入来调整UCN发射并非产生高强度的多色UCN的有效途径。事实上，所述三重掺入的系 统需要达到如下平衡：掺入足够的Yb吸收物离子从而吸收尽量多的放射能量以供转换成 激发的光子能量，同时使其维持在Yb离子置入的饱和效果的水平之下。采用本发明的上转 换荧光纳米颗粒，这可以通过具有中间能量吸收层和附近的第一纳米晶体层和第二纳米晶 体层来绕过，所述中间能量吸收层可被分配成具有更多吸收物离子（例如包装的Yb离子） 以使能量吸收最大化，所述第一纳米晶体层和第二纳米晶体层掺有不同的发射物离子，其 中吸收的能量可被有效转移，以获得未缩减的发射。
[0081] 探索了采用在夹心结构的两层间夹着的能量累积基质来调整色彩的可行性。在 该夹心设计中，将NaYbF4基质分配至中间能量吸收层以使能量吸收最大化，而附近的第一 纳米晶体层和第二纳米晶体层掺有发射物离子，所述吸收的能量可被有效转移至纳米晶体 层。合成了具有不同的掺入不同层的发射物的组合的夹心结构的纳米颗粒样品。在所有这 些样品中，通过保持用于制造各层的化学品的总量在相同反应条件下恒定来使各层的厚度 相当，从而夹心结构UCN的产物尺寸相当。通过改变各壳体中的掺入物，可实现调整发射色 彩，如图3a所示。有趣的是，当掺入所述夹心结构时，Tm发射大幅增加（图3a;A:Yb，ErO B:Tm@A:Yb，Tm)。更加令人吃惊的是，对于蓝色上转换荧光而言，最优Tm浓度范围非常低 (约0. 3%，相比之下Er为2% )，而通常而言，难以调整传统核-壳结构中掺入的Tm的发 射强度。而在所述上转换荧光纳米颗粒的夹心结构中，容易地实现了Tm发射强度的增加， 而无需掺入更多的Tm离子。事实上，这通过另一个实验进一步地证实，为何具有夹心结构 的UCN显示绝对荧光强度比其核-壳UCN对应物或核本身高得多（图3b)，因此指示夹心 结构对于UCN而言的另一个益处。该增强可归于两个原因：（i)通过第一壳体（能量吸收 层）对核（第一纳米晶体层）上的表面缺陷进行链修复，并且通过第二壳体（第二纳米晶 体层）对第一壳体上的表面缺陷进行链修复；（ii)夹心结构通过具有中间能量吸收层和 附近的掺有发射物离子的层，提供了将高量吸收物离子掺入UCN的方式，这无需考虑其可 能对荧光淬灭可能产生的饱和效应，所述中间能量吸收层可被分配以具有包装进来的更多 吸收物离子，使能量吸收最大化，而在所述掺有发射物离子的层中，吸收的能量可被有效转 移，以获得未缩减的发射。因此，各层中掺有不同的发射物离子，本发明的上转换荧光纳米 颗粒的上转换发射可基于RGB色模型被调整，而没有因镧系元素掺入物之间的交叉弛豫所 致的缩减。
[0082] 达到壳体被覆的遮蔽和增强效果之间的平衡
[0083] 在所述夹心结构设计中，B基质壳体的中间能量吸收层在对UCN的荧光输出的遮 蔽和增强方面起两种不同且相对的作用。根据这些作用，因而可进一步将其细分成三层， 如图Ia的示意图中的虚线所示。据信外部亚层和最里亚层对纳米颗粒的总体发射具有增 强作用，而中间亚层起相反作用，其对来自核的荧光发射起遮蔽作用。B基质壳体从中间层 转换成为第二外部纳米晶体层，从而新夹心结构的UCN现在具有层组分A:Yb,ErOA:Yb,TmO B:Er。事实上，所述转换导致所得夹心结构的A:Yb,Er@A:Yb,Tm@B:Er纳米晶体相较于其纳 米颗粒核或核-壳纳米颗粒而言，所有发射峰的强度下降（图4)。这强调了多层纳米颗粒中 B基质位置的重要性，因为其对所得纳米颗粒的发射荧光具有很强的影响。为了确定所述荧 光强度的下降实际上归因于B基质壳体层被置于最外部位置，仅用B基质层被覆A:Yb,Er 核纳米晶体。在所述被覆处理之前和之后比较其发射荧光，显示在将B基质层被覆在所述 核上之后，所有发射峰下降（图3c)。在其它系列的实验中也类似地观察到该情况，由此合 成并比较具有相同A基质核但被覆有不同厚度的A基质壳体（具有20mol%Yb)或B基质 壳体（具有IOOmol%Yb，作为发射物）的核-壳纳米结构。通过DLS检测，发现不论是否 具有相似平均尺寸，那些被覆有A基质壳体的荧光强度比那些被覆有相同厚度的B基质壳 体的几乎强15倍（图3c)。当所述壳-核总离子摩尔比下降至0. 5并随后进一步下降至 0.2时，荧光强度对应地增加（图5)，尽管从未达到与核相同的强度水平。总体而言，这些 结果表明，当吸收物含量丰富（Yb含量丰富）的B基质层被置于最外层时，遮蔽由内层发射 的荧光。该遮蔽主要归因于Yb吸收物的饱和作用。当被置于最外位置时，B基质中包装的 丰富Yb吸收物离子对入射NIR光的强吸收并没有被有效转移至纳米晶体的内层中掺入的 Er或Tm发射物离子。事实上，能量从放射源转换至UCN的效率很大程度上取决于其Yb吸 收物离子的浓度。该转换效率随着Yb浓度的增加而升高，直至该浓度到达饱和点，超过该 点后其过度优势存在会导致Yb和Er/Tm发射物离子之间的距离较短，从而这时将会发生能 量从Er至Yb离子的回转。这大幅减少了能够到达内层的NIR激发能量的量，由此造成从 这些内层发射的荧光减少。尽管上转换发射物离子（例如Er或Tm)可通过NIR光本身直 接被激发，其在NIR区内的截面吸收比Yb离子低十倍。NIR区内Er和Tm发射物离子的吸 收截面如此之低，与来自Yb离子向这些发射物离子的弱能量转移相关联，导致被遮蔽的内 核对所述纳米晶体的总体荧光强度的贡献可忽略不计。因此，尽管希望在UCN核上被覆B 基质壳体层能通过修复表面缺陷来使荧光淬灭最小化，并且将其从周围溶剂分子和表面配 体分离，但如通过核-壳UCN的缩减的发射可见，这并不促进荧光增强。另一方面，A基质 壳体层的被覆增加了UCN内核的荧光，因为此时掺入的Yb离子的量是最优的。
[0084] 各层对改善纳米颗粒总体发射的作用
[0085] 还观察了各层对改善所述颗粒总体发射的作用。首先通过将具有相同壳体但不同 核成分的夹心结构UCN做比较来研宄了第一纳米晶体层（核）的作用，其中一种有掺入，而 其它保持未掺入作为纯A基质核。尽管两种类型的颗粒显示了相似的发射谱，但具有未含 掺入物的核的那些颗粒显示比其有掺入物的对映体弱10倍的荧光（图6a)。从有掺入物的 核发射的荧光似乎并无缩减，甚至在其上被覆两层壳体时也是如此，其中一层是中间能量 吸收B基质层，其可富含吸收物离子，例如Yb离子。因此，这解决了向所述中间层包装进入 高量吸收物离子（例如Yb离子）是否导致其吸收从附近的第一纳米晶体层和第二纳米晶 体层发射的荧光这一悬而未决的疑惑。基于NIR区内的Yb离子的高截面吸收，在A层基质 生长到B层基质上之前和之后的UCN的荧光强度的明显增加可指示中间B层的作用是用于 累积吸收的激发能量的接收物，所述能量随后将被同时转移至内侧和外侧的附近的层。
[0086] 研宄中间能量吸收层中的掺入物的作用以评估其对颗粒的总体发射强度和概况 的贡献。此处，检测具有相同核（A:Yb,Er)和最外层（A:Yb,Em)但不同的掺入中间层的两种 类型的夹心结构UCN。如图6b所示，B基质的中间层中的掺入物组分的对总体发射强度的 贡献比其典型发射多出一倍，因此指示中间层对改善颗粒的发射的重要性，虽然其程度小 于先前观察到的来自核的程度。最后，通过比较具有相同核（A:Yb，Er)和中间层（B:Tm)成 分但不同最外层的夹心结构的UCN来研宄最外层对所示颗粒总体发射的作用。清楚显示， 相较于具有A:Yb,Tm成分的那些颗粒而言，具有A:Yb,Er成分作为其最外层的颗粒中，在 约550和650nm处的典型Er发射峰稍有增强（图6c)。因此，通过分开研宄各层的发射表 现，揭示了其对颗粒的发射光谱做贡献的个体作用，并且所述最外层似乎显示最弱的影响， 可能是因为它们比其它两个核和中间层薄。
[0087] 能量吸收层向第一纳米晶体层和/或第二纳米晶体层的能量转移
[0088] 在本发明的上转换荧光纳米颗粒中，能量吸收层中吸收的能量被转移至第一纳米 晶体层和/或第二纳米晶体层。这通过从研宄能量吸收层（壳体）到第一纳米晶体层（核） 的能量转移来证实。通过采用具有于分开的层中掺入吸收物和发射物离子的核-壳纳米颗 粒，排除了在掺入相同层的吸收物和发射物离子之间的能量转移。合成了NaYF4:ErONaYbF4 核-壳上转换纳米颗粒，其中仅允许从壳体（掺有Yb吸收物）到核（掺有Er发射物）的能 量转移。通过改变所述核-壳纳米颗粒的壳厚度和核尺寸，获得优选的NaYbFJl厚度和核 尺寸，以实现最高荧光。在典型的合成过程中，NaYF4 =Er核依照任何合适的方案合成，例如 ("A(NaYF4)coreUCNsynthesis((NaYF4)核UCN合成）"）所描述的，并且将掺入物浓度固 定在2mol%Er。用于将NaYbF4层被覆在NaYF4 =Er核上的方法也与（"AB(NaYF4ONaYbF4) core-shellUCNsynthesis(《AB(NaYF4ONaYbF4)核-壳UCN合成》）"）中描述的核-壳 UCN合成方案类似，不同之处在于根据各样品中的核/壳比调节壳前体的量。
[0089] 首先合成一组具有不同厚度的NaYbF4壳的NaYF4:Er@NaYbF4核-壳UCN以研宄壳 厚度在能量从NaYbFJl转移至核NaYF4 =Er的因素。从图16中所示的TEM图像可见，观察 到具有递增量的用于NaYbF4壳合成的前体的核-壳UCN的尺寸逐渐增加，因此指示成功被 覆了NaYbFjl。Y与Yb比的能量分散的X射线光谱（EDX)分析也与壳体分析中所用的化 学品的公称比匹配良好（参见下表1)。
[0090]
【权利要求】
1. 一种上转换荧光纳米颗粒，其包含：第一纳米晶体层、第二纳米晶体层，和处于所述 第一纳米晶体层与所述第二纳米晶体层之间的能量吸收层，其中所述第一纳米晶体层和所 述第二纳米晶体层各包含至少一种下式化合物：(Ml(M 2)kXn: (M3)q，而所述能量吸收层包含 至少一种下式化合物：(M1) j(M2)kXn: (Ml，其中 各父相同或不同，并且选自下组：卤素、〇、3、56、了6、队？和八8; 各M1，若存在，相同或不同并且选自下组：Li、Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、 O 和 NH4; 各M2相同或不同，并且是金属离子； 各M3，独立地，相同或不同并且选自下组：Er、Tm、Pr、Ho、Nd、Tb、Eu、Sm、Yb、Ce、Dy、Mo 和Cs ; j为〇彡j彡10 ;k为I彡k彡10 ;n为I彡n彡10 ;q为I彡q彡10 ;且r为0彡！彡10。
2. 如权利要求1所述的上转换荧光纳米颗粒，其特征在于，M 2选自下组：过渡金属离 子、内过渡金属离子，以及I?VI族金属离子。
3. 如权利要求1或权利要求2所述的上转换荧光纳米颗粒，其特征在于，所述第一纳米 晶体层、第二纳米晶体层和能量吸收层各自包含至少一种发射物离子和至少一种吸收物离 子。
4. 如前述任一项权利要求所述的上转换荧光纳米颗粒，其特征在于，所述能量吸收层 用至少一种吸收物离子饱和。
5. 如前述任一项权利要求所述的上转换荧光纳米颗粒，其特征在于，所述第一纳米晶 体层和第二纳米晶体层选自下组：NaYF4: (M上、La2O3: (M上、La2O3: (M上、La2(MoO4)3: (M上、 LnF3: (M3) q、聯：(M3) q、Y2O3: (M入、TeO2: (M3) q、ZrO2: (M MjP q如权利要求1定义。
6. 如前述任一项权利要求所述的上转换荧光纳米颗粒，其特征在于，所述能量吸收层 选自下组：NaYbF4: (M3) r、La2O3: (M3) r、La2O3: (M3) r、La2 (MoO4) 3: (M3) r、L Y2O3: (M3)r、Te02: (M3)r、Zr02: (M3)r、LaP04: (M3)r^PLiYbF4: (M3)r，其中 M3和 r 如权利要求 1 定 义。
7. 如前述任一项权利要求所述的上转换荧光纳米颗粒，其特征在于，所述第一纳米晶 体层和第二纳米晶体层各自相同或不同，并且选自下组：NaYF 4: Yb, Er和NaYF4: Yb, Tm，并且 所述能量吸收层选自下组：NaYbF4、NaYbF4:Er、NaYbF 4 = Tm 和 NaYbF4:Ho。
8. 如前述任一项权利要求所述的上转换焚光纳米颗粒，其特征在于，其还包含连接至 所述纳米颗粒的至少一种生物分子。
9. 如权利要求8所述的上转换荧光纳米颗粒，其特征在于，所述生物分子选自下组： 蛋白质、核酸、核苷、核苷酸、DNA、激素、氨基酸、肽、拟肽物、RNA、脂质、白蛋白、抗体、磷脂、 糖脂、固醇、维生素、神经递质、碳水化合物、糖、二糖、单糖、寡肽、多肽、寡糖、多糖及其混合 物。
10. 如前述任一项权利要求所述的上转换荧光纳米颗粒，其特征在于，所述纳米颗粒是 NIR-至-可见的、NIR-至-NIR或NIR-至-紫外上转换荧光纳米颗粒。
11. 一种包含如前述任一项权利要求所述的上转换荧光纳米颗粒的制品。
12. 如权利要求11所述的制品，其特征在于，所述制品是生物探针、药物递送运载体、 生物成像装置、生物实验物、用于生物检测的装置或光电子装置。
13. -种生物成像和/或生物检测设备，其包含根据权利要求1?10中任一项所述的 至少一种上转换荧光纳米颗粒；至少一种生物分子；和至少一种激发源。
【文档编号】G01N21/64GK104520239SQ201380036785
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2013年7月10日 优先权日:2012年7月12日
【发明者】张勇, 豆晴晴, N·M·伊德瑞斯 申请人:新加坡国立大学