專利名稱：稀土摻雜堿土金屬氟化物納米材料及其制備與應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種稀土摻雜無(wú)機(jī)納米材料及其制備與應(yīng)用，尤其是涉及一種水溶性稀土摻雜堿土金屬氟化物納米熒光標(biāo)記材料的合成及其在熒光生物檢測(cè)與生物成像領(lǐng)域的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
近年來(lái)稀土摻雜無(wú)機(jī)發(fā)光材料得到廣泛關(guān)注，這些材料在一些傳統(tǒng)領(lǐng)域例如無(wú)汞熒光燈、平板顯示器、固態(tài)激光器、光存儲(chǔ)、LED、太陽(yáng)能電池等方面都體現(xiàn)出極大的應(yīng)用價(jià)值，其中最引人注目的是最近興起的稀土摻雜無(wú)機(jī)納米材料在熒光生物標(biāo)記方面的應(yīng)用。與傳統(tǒng)的熒光標(biāo)記材料(例如熒光染料與量子點(diǎn))相比，稀土摻雜無(wú)機(jī)納米材料具有高化學(xué)穩(wěn)定性、長(zhǎng)熒光壽命、低毒性、可調(diào)諧熒光發(fā)射波長(zhǎng)和更大的組織穿透深度等綜合優(yōu)勢(shì)，是目前普遍看好的新一代熒光生物標(biāo)記材料。然而，熒光標(biāo)記材料對(duì)納米顆粒的尺寸、形貌、分散性、水溶性以及生物相容性等都有著極高的要求，尤其對(duì)單分散的10 nm以下的納米顆粒有著特別的需求。因此，制備單分散、形貌尺寸均勻、水溶性好以及生物相容的小尺寸納米顆粒是該類材料應(yīng)用于熒光生物標(biāo)記的一個(gè)前提。目前已報(bào)道的材料體系中，氟化物由于高的化學(xué)穩(wěn)定性、低聲子能量(300-SOOcnT1)，是一類理想的稀土摻雜基質(zhì)材料。其中，堿土金屬氟化物(CaF2、SrF2、BaF2)作為高效的上轉(zhuǎn)換與下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料，它的生物相容性極佳，因而備受關(guān)注。合成單分散、形貌尺寸均勻的堿土金屬氟化物納米顆粒目前主要有兩種方法:溶劑熱與三氟乙酸鹽熱分解的方法(參考文獻(xiàn):Li Yadong et al., Upconversion Luminescence of MonodisperseCaF2:Yb3VEr3+ Nanocrystals, J.Am.Chem.Soc., 131，14200-14201 (2009) ; YanChunhua et al., Uniform Alkaline Earth Fluoride Nanocrystals with DiverseShapes Grown from Thermolysis of Metal Trifluoroacetates in Hot SurfactantSolutions, Cryst.Growth & Des., 9，2013-2019 (2009))。溶劑熱法需要特殊的反應(yīng)裝置(高壓釜)，且反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)(12-36小時(shí))，更耗能；另外溶劑熱法無(wú)法進(jìn)行核殼結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)，這對(duì)于小納米顆粒的上轉(zhuǎn)換發(fā)光很不利，往往顆粒越小，表面的基團(tuán)對(duì)稀土離子的上轉(zhuǎn)換發(fā)光猝滅就越厲害，而在原有核的基礎(chǔ)上包覆一個(gè)殼層是一個(gè)很好的提高上轉(zhuǎn)換發(fā)光的方案，但溶劑熱的方法還無(wú)法做到這一點(diǎn)。三氟乙酸鹽熱分解的方法在反應(yīng)過(guò)程中會(huì)釋放出氟化氫等有毒氣體，這對(duì)于人體以及環(huán)境都是一種很大的傷害。此外，由于稀土離子在堿土金屬氟化物中是異價(jià)摻雜，因此進(jìn)行不同濃度的稀土摻雜會(huì)導(dǎo)致納米晶的形貌、尺寸發(fā)生很大的變化(參考文獻(xiàn):Wang Yuansheng et al., Modifying the Size andShape of Monodisperse Bifunctional Alkaline-Earth Fluoride Nanocrystals throughLanthanide Doping, J.Am.Chem.Soc., 132，9976-9978 (2010))。針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明采取簡(jiǎn)單、綠色、環(huán)保的合成方法，利用油酸作表面活性劑，鈉離子作為成核劑與電荷補(bǔ)償劑，通過(guò)高溫共沉淀的方法合成了 10 nm以下的稀土摻雜堿土金屬氟化物及其核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒。合成出的堿土金屬氟化物納米顆粒 表面帶有油酸根基團(tuán)，可以很好地分散在環(huán)己烷、氯仿、甲苯等非極性有機(jī)溶劑中；由于鈉離子的作用，所制得的納米顆粒的形貌、尺寸不隨摻雜稀土離子的種類與濃度發(fā)生大的變化，且納米顆粒的晶化與發(fā)光性能都得到了很大的提高；在核的基礎(chǔ)上進(jìn)行外延生長(zhǎng)，可制得核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒，從而顯著增強(qiáng)上轉(zhuǎn)換發(fā)光；利用磷酸乙醇胺等親水性表面活性劑交換納米顆粒表面的油酸，可以使其表面修飾上大量的氨基或羧基官能團(tuán)，從而實(shí)現(xiàn)水溶性；同時(shí)可進(jìn)一步偶聯(lián)生物分子，應(yīng)用于生物檢測(cè)與生物成像等領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種通過(guò)高溫共沉淀與配體交換兩步合成水溶性稀土摻雜堿土金屬氟化物納米熒光標(biāo)記材料的方法。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:具有如下組分的水溶性稀土摻雜堿土金屬氟化物納米材料:xLn3+-yNa+-[1- (x+y) ]MF2，其中 Ln3+ 選自 Ce3+、Yb3+、Er3+、Tm3+、Ho3+、Eu3+、Gd3+、Tb3+、Dy3+、Sm3+、Nd3+ 或 Pr3+ 中的一種或任意多種；M 選自 Ca、Sr 或 Ba ;0〈x = 50 mo I %, 0<y = 50 mo I %。所述材料的平均尺寸小于10 nm。所述的納米材料用于熒光生物檢測(cè)與生物成像。所述的納米材料的制備方法，包括如下步驟:(I)制備油溶性稀土摻雜堿土金屬氟化物納米顆粒:以堿土金屬醋酸鹽與稀土醋酸鹽為原料，然后加入油酸與十 八烯，在惰性氣體保護(hù)下加熱溶解，形成溶液A，并降溫至70°C以下；另將氟化鈉或者氟化銨與氫氧化鈉溶解在甲醇中形成溶液B，將溶液B加入溶液A中形成混合溶液C，然后加熱排除甲醇，升溫至250-300°C保溫一段時(shí)間后降至室溫，加丙酮或乙醇沉淀分離并洗滌，即獲得油溶性稀土摻雜堿土金屬氟化物納米顆粒；(2)利用步驟(I)制得的納米顆粒制備所述的水溶性的稀土摻雜堿土金屬氟化物納米材料。前述制備過(guò)程中，反應(yīng)物的加入摩爾量比例(相對(duì)于金屬醋酸鹽總量)為:堿土金屬醋酸鹽:0.5^1 ；稀土醋酸鹽:0、.5;氟化鈉:廣3;氟化銨:廣3;氫氧化鈉:0 3 ;油酸:3 10;十八烯:0 20。本發(fā)明還提供具有如下組分的水溶性稀土摻雜堿土金屬氟化物納米材料:xLn3+-yNa+-[1- (x+y) ]MF2，其中 Ln3+ 選自 Ce3+、Yb3+、Er3+、Tm3+、Ho3+、Eu3+、Gd3+、Tb3+、Dy3+、Sm3+、Nd3+ 或 Pr3+ 中的一種或任意多種；M 選自 Ca、Sr 或 Ba ; 0〈x = 50 mo I %, 0〈y = 50 mo I % ；該材料為核殼結(jié)構(gòu)。所述的納米材料的制備方法，包括如下步驟:(I)制備油溶性稀土摻雜堿土金屬氟化物納米顆粒內(nèi)核:以堿土金屬醋酸鹽與稀土醋酸鹽為原料，然后加入油酸與十八烯，在惰性氣體保護(hù)下加熱溶解，形成溶液A，并降溫至70°C以下；另將氟化鈉或者氟化銨與氫氧化鈉溶解在甲醇中形成溶液B，將溶液B加入溶液A中形成混合溶液C，然后加熱排除甲醇，升溫至250-300°C保溫一段時(shí)間后降至室溫，力口丙酮或乙醇沉淀分離并洗滌，然后溶解在5-20 mL環(huán)己烷中，形成溶液D ;(2)制備油溶性稀土摻雜堿土金屬氟化物核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒:以堿土金屬醋酸鹽與稀土醋酸鹽為原料，然后加入油酸與十八烯，在惰性氣體保護(hù)下加熱溶解，形成透明溶液E并降溫，同時(shí)將如步驟(I)所述溶液D加入E中并排除環(huán)己烷再降至室溫，另將氟化銨溶解在甲醇中形成透明溶液F，將溶液F加入溶液E中形成混合溶液G，然后加熱排除甲醇，升溫至250-300°C保溫一段時(shí)間后降至室溫，加丙酮或乙醇沉淀分離并洗滌，即獲得油溶性稀土摻雜堿土金屬氟化物核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒；(3)利用步驟(2)制得的納米顆粒制備所述的水溶性稀土摻雜堿土金屬氟化物納米材料，該材料為核殼結(jié)構(gòu)。所述納米材料的表征。通過(guò)X射線粉末衍射(XRD)檢測(cè)表明制備出的油溶性堿土金屬氟化物納米材料均為純的立方相結(jié)構(gòu)。X射線能譜分析(EDS)結(jié)果證實(shí)合成出的材料中含有Ca/Sr/Ba、F以及所 摻雜的Na與稀土元素。透射電鏡(TEM)測(cè)試顯示得到的是平均尺寸為4 nm的超小的單分散納米顆粒與平均尺寸為6-10 nm的核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒。熒光光譜測(cè)試表明，分散在環(huán)己烷中的CaF2:Ce/Tb/Na和CaF2:Eu/Na油溶性納米顆粒均具有較強(qiáng)的可見(jiàn)下轉(zhuǎn)換發(fā)光，且鈉離子的摻雜顯著提高了 CaF2:Ce/Tb的發(fā)光并拉長(zhǎng)了其熒光壽命。在980 nm激光激發(fā)下，分散在環(huán)己烷中的CaF2:Er/Yb/Na和CaF2:Tm/Yb/Na油溶性核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒均具有較強(qiáng)的可見(jiàn)上轉(zhuǎn)換發(fā)光。表面改性后水溶性納米顆粒和生物偶聯(lián)的納米顆粒可以由紅外、熱重、電勢(shì)等表征。熱重分析(TGA)結(jié)果顯示了油溶性納米顆粒與磷酸乙醇胺(AEP)包覆的水溶性納米顆粒有明顯不同的失重溫度范圍，表明納米顆粒表面狀態(tài)發(fā)生了明顯變化。傅立葉變換紅外光譜(FTIR)表明，配體交換過(guò)后納米顆粒表面有很明顯的對(duì)應(yīng)于磷酸乙醇胺的紅外振動(dòng)吸收峰:1078 CnT1是對(duì)應(yīng)于P-O的振動(dòng)吸收峰；1642 CnT1則是對(duì)應(yīng)于-NH2的振動(dòng)吸收峰，而對(duì)應(yīng)于油酸長(zhǎng)鏈的-CH2-的振動(dòng)吸收峰2854及2924 cm-1在配體交換過(guò)后強(qiáng)度明顯減弱，這些結(jié)果表明納米顆粒表面已經(jīng)成功修飾上了磷酸乙醇胺；生物素化的納米顆粒在1678 cm-1處出現(xiàn)了明顯的酰胺鍵振動(dòng)峰，表明納米顆粒表面連接了生物素分子。電勢(shì)表明在配體交換后，納米顆粒帶有+46.8 mV的正電勢(shì)，證明磷酸乙醇胺能很好地包覆在納米顆粒表面；生物素化與偶聯(lián)尿激酶氨基末端片段(ATF)蛋白后，納米顆粒的4 -電勢(shì)分別變?yōu)?24.5 11^和+9.4 mV，表明了生物素與ATF蛋白都能成功地結(jié)合在納米顆粒表面。所述納米材料的熒光生物檢測(cè)應(yīng)用可通過(guò)生物分子的異相時(shí)間分辨熒光(TRPL)檢測(cè)與均相時(shí)間分辨熒光共振能量傳遞(TR-FRET)檢測(cè)證明；TRPL檢測(cè)結(jié)果表明，待檢測(cè)的生物分子(如親和素蛋白)在一定濃度范圍與納米材料的熒光信號(hào)呈比例關(guān)系；TR-FRET檢測(cè)結(jié)果表明，待檢測(cè)生物分子(如親和素蛋白和ATF蛋白)分別在一定濃度范圍與熒光素和納米材料的熒光信號(hào)強(qiáng)度的比值呈比例關(guān)系。生物成像應(yīng)用則通過(guò)腫瘤細(xì)胞的靶向成像來(lái)證明；細(xì)胞成像結(jié)果表明，在尿激酶受體(uPAR)高表達(dá)的人肺腺癌細(xì)胞H1299，由于所述納米材料對(duì)腫瘤細(xì)胞的特異性識(shí)別，可觀察到所述納米材料的熒光信號(hào)；而在對(duì)照的uPAR低表達(dá)的人胚肺成纖維細(xì)胞HELF中，由于不存在特異性識(shí)別，因此無(wú)法看到所述納米材料在該類細(xì)胞中的發(fā)光。通過(guò)本發(fā)明制備了水溶性稀土摻雜堿土金屬氟化物及其核殼結(jié)構(gòu)納米材料，制備過(guò)程簡(jiǎn)單、合成條件容易控制、重復(fù)性好。本發(fā)明中油溶性納米顆粒的制備與目前國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的溶劑熱與三氟乙酸鹽熱分解兩種方法相比，更節(jié)能、環(huán)保，且操作簡(jiǎn)單，制備的納米顆粒分散性更好，粒徑更加均勻可控，利用表面改性后的氨基或羧基可與各種生物分子偶聯(lián)，進(jìn)一步應(yīng)用于熒光生物檢測(cè)與生物成像等領(lǐng)域。


以下?lián)诫s樣品均為摩爾百分比。附圖1: (a) CaF2、(b) CaF2: 5%Eu, 5%Na、(c) CaF2: 5%Ce, 5%Tb, 10%Na 和(d)CaF2: 0.5%Er, 18%Yb, 18%Na納米顆粒的X射線粉末衍射圖。儀器型號(hào)為MiniFlex2，廠家為Rigaku，銅靶輻射波長(zhǎng)為λ = 0.154187 nm。附圖2: CaF2納米顆粒的透射電鏡圖。儀器型號(hào)為JEM-2010，廠家為JE0L。附圖3: CaF2: 5%Eu, 5%Na納米顆粒的透射電鏡圖。儀器型號(hào)為JEM-2010，廠家為 JEOL。附圖4: CaF2: 5%Ce, 5%Tb, 10%Na納米顆粒的透射電鏡圖。儀器型號(hào)為JEM-2010，廠家為 JEOL。附圖5: CaF2: 0.5%Er, 18%Yb, 18%Na納米顆粒的透射電鏡圖。儀器型號(hào)為JEM-2010，廠家為 JEOL。

附圖6: SrF2: 0.5%Er, 18%Yb, 18%Na納米顆粒的X射線粉末衍射圖。儀器型號(hào)為MiniFlex2,廠家為Rigaku,銅祀福射波長(zhǎng)為λ = 0.154187 nm。附圖7: BaF2: 0.5%Er, 18%Yb, 18%Na納米顆粒的X射線粉末衍射圖。儀器型號(hào)為MiniFlex2,廠家為Rigaku,銅祀福射波長(zhǎng)為λ = 0.154187 nm。附圖8: SrF2: 0.5%Er, 18%Yb, 18%Na納米顆粒的(a)透射電鏡圖和(b)高分辨透射電鏡圖。儀器型號(hào)為JEM-2010，廠家為JE0L。附圖9: BaF2: 0.5%Er, 18%Yb, 18%Na納米顆粒的(a)透射電鏡圖和(b)高分辨透射電鏡圖。儀器型號(hào)為JEM-2010，廠家為JE0L。附圖10: (a) CaF2: 0.5%Er, 18%Yb, 18%Na 內(nèi)核與(b) CaF2: 0.5%Er, 18%Yb,18%NaiCaF2 (c) CaF2: 0.5%Er, 18%Yb, 18%Na@CaF2@CaF2 以及(d) CaF2: 0.5%Er, 18%Yb,18%NaiCaF2iCaF2iCaF2核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒的X射線粉末衍射圖。儀器型號(hào)為MiniFlex2，廠家為Rigaku，銅靶輻射波長(zhǎng)為λ = 0.154187 nm。附圖11: CaF2: 0.5%Er, 18%Yb, 18%Na@CaF2單層核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒的透射電鏡圖。儀器型號(hào)為JEM-2010，廠家為JE0L。附圖12: CaF2: 0.5%Er, 18%Yb, 18%Na@CaF2@CaF2雙層核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒的透射電鏡圖。儀器型號(hào)為JEM-2010，廠家為JE0L。附圖13 =CaF2: 0.59ffir，18%Yb, 18%Na納米顆粒的X射線能譜分析圖。儀器型號(hào)為 JSM-6700F，廠家為 JE0L。附圖14 =SrF2: 0.59ffir，18%Yb, 18%Na納米顆粒的X射線能譜分析圖。儀器型號(hào)為 JSM-6700F，廠家為 JE0L。附圖15 =BaF2: 0.59ffir，18%Yb, 18%Na納米顆粒的X射線能譜分析圖。儀器型號(hào)為 JSM-6700F，廠家為 JE0L。
附圖16: CaF2: 5%Eu, 5%Na納米顆粒的下轉(zhuǎn)換激發(fā)與發(fā)射光譜圖。儀器型號(hào)為FLS920，廠家為Edinburgh，激發(fā)光源為氙燈。附圖17: CaF2: 5%Ce, 5%Tb, 10%Na納米顆粒的下轉(zhuǎn)換激發(fā)與發(fā)射光譜圖。儀器型號(hào)為FLS920，廠家為Edinburgh，激發(fā)光源為氙燈。附圖18: CaF2: 5%Ce, 5%Tb 與 CaF2: 5%Ce, 5%Tb, 10%Na 納米顆粒的發(fā)射光譜圖。儀器型號(hào)為FLS920，廠家為Edinburgh，激發(fā)光源為氙燈。附圖19: CaF2: 5%Ce, 5%Tb 與 CaF2: 5%Ce, 5%Tb, 10%Na 納米顆粒的熒光衰減曲線。儀器型號(hào)為FLS920，廠家為Edinburgh，激發(fā)光源為氙燈。附圖20: CaF2: 0.5%Er, 18%Yb, 18%Na@CaF2核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒的上轉(zhuǎn)換發(fā)射光譜圖(激發(fā)波長(zhǎng)為980 nm)。儀器型號(hào)為FSP920-C，廠家為Edinburgh，激發(fā)光源為980_nm半導(dǎo)體激光器。附圖21: CaF2: 0.5%Tm, 18%Yb, 18%Na@CaF2核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒的上轉(zhuǎn)換發(fā)射光譜圖(激發(fā)波長(zhǎng)為980 nm)。儀器型號(hào)為FSP920-C，廠家為Edinburgh，激發(fā)光源為980_nm半導(dǎo)體激光器。附圖22:油溶性和水溶性CaF2納米顆粒納米顆粒的熱重曲線，儀器型號(hào)為STA449C，廠家為 Netzsch。附圖23:油溶性、水溶性和生物素化CaF2納米顆粒的傅立葉變換紅外光譜，儀器型號(hào)為750,廠家為Magna。附圖24:水溶性、生物素化以及偶聯(lián)ATF蛋白CaF2納米顆粒的ζ_電勢(shì)，儀器型號(hào)為 Nano ZS ΖΕΝ3600，廠家為 Malvern。附圖25:生物素化的 CaF2 = Ce, Tb, Na納米材料對(duì)親和素蛋白(avidin)的異相TRPL檢測(cè):(a) TRPL檢測(cè)原理圖；(b) TRPL光譜；(c)標(biāo)準(zhǔn)曲線。儀器型號(hào)為Synergy 4，廠家為 BioTek0附圖26:生物素化和偶聯(lián)ATF的CaF2:Ce，Tb，Na納米材料分別對(duì)親和素蛋白與尿激酶受體(suPAR)的均相TR-FRET檢測(cè):(a) TR-FRET檢測(cè)原理圖；(b)檢測(cè)親和素的TR-FRET光譜；(c)檢測(cè)親和素的標(biāo)準(zhǔn)曲線；(d)檢測(cè)尿激酶受體的TR-FRET光譜；(e)檢測(cè)尿激酶受體的標(biāo)準(zhǔn)曲線。儀器型號(hào)為Synergy 4,廠家為BioTek。附圖27:偶聯(lián)ATF的CaF2 = Ce, Tb, Na納米材料對(duì)腫瘤細(xì)胞的靶向成像:(a) uPAR高表達(dá)的人肺腺癌細(xì)胞H1299的成像示意圖；(b) uPAR低表達(dá)的人胚肺成纖維細(xì)胞HELF的成像示意圖。儀器型號(hào)為FV1000,廠家為Olympus。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明所提供的水溶性稀土摻雜堿土金屬氟化物及其核殼結(jié)構(gòu)納米材料的制備方法，其實(shí)質(zhì)特點(diǎn)和初步應(yīng)用可以通過(guò)以下實(shí)施例子予以進(jìn)一步體現(xiàn)。(以下?lián)诫s樣品均為摩爾百分比)實(shí)例1:CaF2: 5%Eu, 5%Na納米材料的制備。稱取0.167 g Ca (CH3COO) 2.H2O 與 0.02g Eu (CH3COO) 3.4H20,然后加入 5 mL 油酸與15 mL十八烯，通氮?dú)饧訜嶂?60 ° C并保溫30分鐘，形成透明溶液A，降至室溫；另將
0.084 g NH4F與0.084 g NaOH溶解在10 mL甲醇中形成透明溶液B，將溶液B加入溶液A中形成混合溶液C，然后加熱至60 ° C并保溫30分鐘排除甲醇，升溫至280 ° C保溫I小時(shí)后降至室溫，加入30 mL丙酮沉淀分離并洗滌即得平均尺寸為4 nm的油溶性CaF2: 5%Eu,5%Na納米顆粒。將油溶性納米顆粒分散在10 mL環(huán)己烷中，向其中加入10 mL溶有30 mg四氟硼酸亞硝的二氯甲烷溶液，混合反應(yīng)30分鐘后離心，將得到的沉淀重新分散在10 mL二甲基甲酰胺中，加入0.1 g磷酸乙醇胺攪拌反應(yīng)30分鐘后，離心得到沉淀，用二甲基甲酰胺和水交替洗滌數(shù)遍即可得到平均尺寸為4 nm的水溶性CaF2: 5%Eu, 5%Na納米材料。實(shí)例2:CaF2: 5%Ce, 5%Tb, 10%Na納米材料的制備。以 0.158 g Ca(CH3COO)2.Η20、0.02g Ce (CH3COO) 3.4Η20和0.02g Tb (CH3COO) 3.4Η20為原料，合成步驟如實(shí)例1，最終制得平均尺寸為4nm的水溶性CaF2: 5%Ce, 5%Tb, 10%Na納米材料。實(shí)例3 =CaF2: 0.5%Er, 18%Yb, 18%Na 納米顆粒的制備。以 0.144 gCa (CH3COO) 2.Η20、0.002g Er (CH3COO) 3.4H20 和 0.076g Yb (CH3COO) 3.4H20 為原料，合成步驟如實(shí)例I，最終制得平均尺寸為4nm的水溶性CaF2: 0.5%Er, 18%Yb, 18%Na納米材料。實(shí)例4:CaF2: 0.5%Tm, 50%Yb, 50%Na 納米材料的制備。以 0.0872 gCa (CH3COO) 2.Η20、0.002g Tm(CH3COO)3.4H20 和 0.21 Ig Yb (CH3COO) 3.4H20 為原料，合成步驟如實(shí)例I，最終制得平均尺寸為4nm的水溶性CaF2: 0.5%Tm, 18%Yb, 50%Na納米材料。實(shí)例5:SrF2: 0.5%Er, 18%Yb, 18%Na 納米材料的制備。以 0.168 gSr (CH3COO) 2.0.5 H20、0.002g Er (CH3COO) 3.4H20 和 0.076g Yb (CH3COO) 3.4H20 為原料，合成步驟如實(shí)例I，最終制得平均尺寸為4nm的水溶性SrF2: 0.5%Er, 18%Yb, 18%Na納米材料。實(shí)例6 =BaF2: 0.5%Er, 18%Yb, 18%Na 納米材料的制備。稱取 0.208 gBa (CH3COO) 2、0.002g Er (CH3COO) 3.4H20 和 0.076g Yb (CH3COO) 3.4H20,然后加入 20 mL 油酸，通氮?dú)饧訜嶂?40 ° C并保溫I小時(shí)，形成透明溶液A，降至室溫；另將0.084 g NH4F與0.084 g NaOH溶解在10 mL甲醇中形成透明溶液B，將溶液B加入溶液A中形成混合溶液C，然后加熱至60 ° C并保溫30分鐘排除甲醇，升溫至280 ° C保溫I小時(shí)后降至室溫，加入30 mL丙酮沉淀分離并洗滌即得平均尺寸為8 nm的油溶性BaF2: 0.5%Er, 18%Yb,18%Na納米顆粒。將油溶性納米顆粒分散在10 mL環(huán)己烷中，向其中加入10 mL溶有25 mg四氟硼酸亞硝的二氯甲烷溶液，混合反應(yīng)30分鐘后離心，將得到的沉淀重新分散在10 mL二甲基甲酰胺中，加入0.1 g磷酸乙醇胺攪拌反應(yīng)30分鐘后，離心得到沉淀，用二甲基甲酰胺和水交替洗滌數(shù)遍即可得到平均尺寸為8 nm的水溶性BaF2: 0.5%Er, 18%Yb, 18%Na納米材料。實(shí)例7: CaF2: 0.5%Er, 18%Yb, 18%Na@CaF2核殼結(jié)構(gòu)納米材料的制備。首先，如實(shí)例3制備CaF2: 0.5%Er, 18%Yb, 18%Na油溶性納米顆粒，并取一半溶于10 mL環(huán)己烷中形成透明溶液A ;接著，稱取0.176 g Ca(CH3COO)2* H2O,然后加入5 mL油酸與15 mL十八烯，通氮?dú)饧訜嶂?60 ° C并保溫30分鐘，形成透明溶液B，降至80 ° C ;將A加入B中形成混合溶液C，在80 ° C下保溫30分鐘排除環(huán)己烷，降至室溫；另將0.084 g NH4F溶解在10 mL甲醇中形成透明溶液D，將溶液D加入溶液C中形成混合溶液E，然后加熱至60 ° C并保溫30分鐘排除甲醇，升溫至280 ° C 保溫I小時(shí)后降至室溫，加入30 mL丙酮沉淀分離并洗滌即得平均尺寸為7 nm的油溶性CaF2: 0.5%Er, 18%Yb@CaF2核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒。將油溶性納米顆粒分散在10 mL環(huán)己烷中，向其中加入10 mL溶有20 mg四氟硼酸亞硝的二氯甲烷溶液，混合反應(yīng)30分鐘后離心，將得到的沉淀重新分散在10 mL 二甲基甲酰胺中，加入0.1 g磷酸乙醇胺攪拌反應(yīng)30分鐘后，離心得到沉淀，用二甲基甲酰胺和水交替洗滌數(shù)遍即可得到平均尺寸為7 nm的水溶性CaF2: 0.5%Er, 18%Yb, 18%Na@CaF2核殼結(jié)構(gòu)納米材料。實(shí)例8: CaF2: 5%Ce, 5%Tb, 10%Na納米材料的異相TRPL檢測(cè)。檢測(cè)步驟如下:首先，將待檢測(cè)的100 μ L溶解在包被液中的不同濃度親和素蛋白加入到高親板中并在4° C下孵育一晚后，用磷酸鹽緩沖液(PBST)洗滌三遍；接著，往孔加入100 μ L封閉液并在37 ° C下孵育2小時(shí)后，倒掉封閉液；然后往孔中加入100 UL (50 μ g/mL)所述的生物素化的納米材料并在37 ° C下孵育2小時(shí)，用PBST洗滌三遍后，在熒光讀板機(jī)上檢測(cè)時(shí)間分辨熒光信號(hào)。由于親和素蛋白與生物素的特異性結(jié)合，使得高親板上結(jié)合與親和素蛋白對(duì)應(yīng)數(shù)量的納米顆粒，通過(guò)納米顆粒的熒光強(qiáng)度來(lái)定量親和素蛋白的濃度。檢測(cè)結(jié)果表明，親和素蛋白在0.1-20納摩爾濃度范圍與納米顆粒的熒光信號(hào)強(qiáng)度呈線性關(guān)系，證明了所述納米材料可用于微量生物分子的異相TRPL檢測(cè)。實(shí)例9: CaF2: 5%Ce, 5%Tb, 10%Na納米材料的均相TR-FRET檢測(cè)。檢測(cè)步驟如下:首先，將溶有I mg尿激酶受體(suPAR)的500 μ L碳酸鹽緩沖液與溶有0.2 mg的異硫氰酸熒光素(FITC) 100 μ L 二甲亞砜(DMSO)緩沖液充分混合，并在4 ° C下避光反應(yīng)一夜，然后4 ° C下透析48小時(shí)，使得FITC與suPAR偶聯(lián)在一起并去除多余FITC^flOOμ L不同濃度連有FITC的suPAR溶液加入96孔微孔板中，接著加入100 μ L (50 μ g/mL)所述的偶聯(lián)ATF的納米材料，并在37 ° C下孵育半小時(shí)，然后在熒光讀板機(jī)上檢測(cè)時(shí)間分辨熒光信號(hào)。由于ATF與suPAR的特異性結(jié)合，拉近了所述納米材料與FITC的 距離，使得納米顆粒將能量傳遞給FITC并使之發(fā)射熒光；FITC與所述納米材料熒光信號(hào)的相對(duì)強(qiáng)度與所加入的suPAR濃度有關(guān)，因此可定量分析suPAR濃度。TR-FRET檢測(cè)結(jié)果表明，suPAR蛋白在0.3-800納摩爾濃度范圍與FITC和所述納米材料熒光信號(hào)的相對(duì)強(qiáng)度呈比例關(guān)系，證明了所述納米材料可用于微量生物分子的均相TR-FRET檢測(cè)。實(shí)例10: CaF2: 5%Ce, 5%Tb, 10%Na納米材料的腫瘤細(xì)胞靶向成像。實(shí)驗(yàn)步驟如下:首先，分別將uPAR高表達(dá)的人肺腺癌細(xì)胞H1299以及uPAR低表達(dá)的人胚肺成纖維細(xì)胞HELF加入到培養(yǎng)板中并用培養(yǎng)液37 ° C下培育24小時(shí)后，用磷酸鹽緩沖液(PBS)洗滌數(shù)遍；然后加入含有500 μ g/mL所述偶聯(lián)上ATF納米材料的培養(yǎng)液37 ° C下孵育2小時(shí)，再用PBS洗滌數(shù)次去除未連接到細(xì)胞的納米顆粒；接著，加入DAPI染核5分鐘，并用PBS洗滌數(shù)次；最后，利用共焦熒光顯微鏡觀察所述納米材料對(duì)腫瘤細(xì)胞的靶向識(shí)別情況。細(xì)胞成像結(jié)果表明，在uPAR高表達(dá)的人肺腺癌細(xì)胞H1299中，由于ATF與uPAR的特異性結(jié)合，可觀察到較強(qiáng)的所述納米材料的發(fā)光；而在uPAR低表達(dá)的人胚肺成纖維細(xì)胞HELF，由于缺乏這種特異性結(jié)合，無(wú)法監(jiān)測(cè)到納米材料的發(fā)光。這些結(jié)果表明，所述納米材料經(jīng)過(guò)偶聯(lián)特定的生物分子，可用于腫瘤靶向生物成像。
權(quán)利要求
1.具有如下組分的水溶性稀土摻雜堿土金屬氟化物納米材料:XLn3+-yNa+-[l-(X+y)]MF2，其中 Ln3+ 選自 Ce3+、Yb3+、Er3+、Tm3+、Ho3+、Eu3+、Gd3+、Tb3+、Dy3+、Sm3+、Nd3+ 或 Pr3+ 中的一種或任意多種；M 選自 Ca、Sr 或 Ba ;0〈x = 50 mo I %, 0〈y = 50 mo I %。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于:所述材料的平均尺寸小于10nm。
3.權(quán)利要求1或2所述的納米材料的制備方法，包括如下步驟: (1)制備油溶性稀土摻雜堿土金屬氟化物納米顆粒:以堿土金屬醋酸鹽與稀土醋酸鹽為原料，然后加入油酸與十八烯，在惰性氣體保護(hù)下加熱溶解，形成溶液A，并降溫至70°C以下；另將氟化鈉或者氟化銨與氫氧化鈉溶解在甲醇中形成溶液B，將溶液B加入溶液A中形成混合溶液C，然后加熱排除甲醇，升溫至250-300°C保溫一段時(shí)間后降至室溫，加丙酮或乙醇沉淀分離并洗滌，即獲得油溶性稀土摻雜堿土金屬氟化物納米顆粒； (2)利用步驟(I)制取的納米顆粒制備所述的水溶性稀土摻雜堿土金屬氟化物納米材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于:合成油溶性納米顆粒過(guò)程引入鈉離子以及反應(yīng)物的加入摩爾量比例(相對(duì)于金屬醋酸鹽總量): 堿土金屬醋酸鹽:0.5"!； 稀土醋酸鹽:0 0.5 ； 氟化鈉:廣3 ； 氟化銨:廣3 ； 氫氧化鈉:(Γ3 ； 油酸:3 10 ； 十八烯:(Γ20。
5.具有如下組分的水溶性稀土摻雜堿土金屬氟化物納米材料:XLn3+-yNa+-[l-(X+y)]MF2，其中 Ln3+ 選自 Ce3+、Yb3+、Er3+、Tm3+、Ho3+、Eu3+、Gd3+、Tb3+、Dy3+、Sm3+、Nd3+ 或 Pr3+ 中的一種或任意多種；M選自Ca、Sr或Ba ； 0〈x ^ 50 mol%,0<y ^ 50 mol% ;該材料為核殼結(jié)構(gòu)。
6.權(quán)利要求5所述的納米材料的制備方法，包括如下步驟: (O制備油溶性稀土摻雜堿土金屬氟化物納米顆粒內(nèi)核:以堿土金屬醋酸鹽與稀土醋酸鹽為原料，然后加入油酸與十八烯，在惰性氣體保護(hù)下加熱溶解，形成溶液A，并降溫至70°C以下；另將氟化鈉或者氟化銨與氫氧化鈉溶解在甲醇中形成溶液B，將溶液B加入溶液A中形成混合溶液C，然后加熱排除甲醇，升溫至250-300°C保溫一段時(shí)間后降至室溫，加丙酮或乙醇沉淀分離并洗滌，然后溶解在5-20 mL環(huán)己烷中，形成溶液D ; (2)制備油溶性稀土摻雜堿土金屬氟化物核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒:以堿土金屬醋酸鹽與稀土醋酸鹽為原料，然后加入 油酸與十八烯，在惰性氣體保護(hù)下加熱溶解，形成透明溶液E并降溫，同時(shí)將如步驟(I)所述溶液D加入E中并排除環(huán)己烷再降至室溫，另將氟化銨溶解在甲醇中形成透明溶液F，將溶液F加入溶液E中形成混合溶液G，然后加熱排除甲醇，升溫至250-300°C保溫一段時(shí)間后降至室溫，加丙酮或乙醇沉淀分離并洗滌，即獲得油溶性稀土摻雜堿土金屬氟化物核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒； (3)利用步驟(2)制取的納米顆粒制備所述的水溶性稀土摻雜堿土金屬氟化物納米材料，該材料為核殼結(jié)構(gòu)。
7.權(quán)利要求1或2或5所述的納米材料用于熒光生物檢測(cè)與生物成像，包括異相時(shí)間分辨熒光(TRPL)檢測(cè)、均相時(shí)間分辨熒光共振能量傳遞(TR-FRET)檢測(cè)、異相上轉(zhuǎn)換熒光(UCL)檢測(cè)和均相上轉(zhuǎn)換熒光共振能量傳遞(`UC-FRET)檢測(cè)以及腫瘤靶向生物成像等。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種具有如下組分的水溶性稀土摻雜堿土金屬氟化物納米材料x(chóng)Ln3+-yNa+-[1-(x+y)]MF2，其中Ln3+選自Ce3+、Yb3+、Er3+、Tm3+、Ho3+、Eu3+、Gd3+、Tb3+、Dy3+、Sm3+、Nd3+或Pr3+中的一種或任意多種；M選自Ca、Sr或Ba；0<x≦50 mol％，0<y≦50 mol％。該材料具有較好的水溶性和發(fā)光性能，可應(yīng)用于生物檢測(cè)與生物成像等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C09K11/61GK103224787SQ201310138548
公開(kāi)日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2013年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月19日
發(fā)明者陳學(xué)元, 鄭偉, 涂大濤, 劉永升, 朱浩淼 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所