CN102191035A - 可增强有机荧光素发光强度的荧光材料制备方法 - Google Patents

可增强有机荧光素发光强度的荧光材料制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种可增强有机荧光素发光强度的荧光材料制备方法，包括下述步骤：1)制备金属纳米颗粒溶胶；2)配制有机荧光素溶液；3)将金属纳米颗粒溶胶掺入到有机荧光素溶液中，使掺入溶胶后金属离子的含量为1×10-2mol/L～1×10-7mol/L，即得到掺金属的荧光素溶液。本发明是在有机荧光分子中引入少量金属纳米颗粒，利用光波与金属纳米颗粒产生的强局域场将能量传输给发光体使荧光分子荧光增强，使荧光分子的发光强度能呈倍数地增强，从而实现了荧光探针在荧光分子低浓度的环境下准确测定。本发明掺入的金属纳米颗粒的制备工艺简单、设备要求低、制备周期短，易于实现产业化。

Description

可增强有机荧光素发光强度的荧光材料制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于荧光探针的有机荧光材料，尤其是涉及一种可增强有机荧光素发光强度的荧光材料制备方法。
背景技术
所谓荧光探针是指在紫外-可见-近红外区有特征荧光，并且具荧光性质，如激发和发射波长、强度、寿命、偏振等可随所处环境的极性、折射率、黏度等性质的改变而灵敏地改变的一类荧光性分子。近年来，由于荧光探针分析方法灵敏度高、选择性好、重现性好、获取的信息直观、准确，能科学表达解释复杂样品的结构、分布、含量及生理功能等诸多问题，因此在生化工程、医学临床以及DNA杂交研究等领域中有着广泛的应用。
荧光探针的性能取决于所用荧光分子的发光强弱、灵敏度及适应环境的能力。目前用作荧光探针的材料可分为无机化合物和有机化合物这两大类，而由于有机荧光探针对环境变化极为敏感，有机荧光分子与生物的相容性很强，因此有机化合物材料是作为荧光探针的首选材料，已广泛用于生物物质的物化性质和结构的测定。在有机荧光材料中，呫吨类染料荧光素(fluorescein，F1)具有较高的发射效率和较高的荧光量子产率，是在荧光探针中应用得最成熟的有机荧光材料之一。然而这种荧光素
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距离较小，在共振能量转移过程中常发生非荧光捕获而表现出自猝灭现象，故常随着生物检测过程中标记浓度的升高，其荧光强度反而逐渐降低，如将其控制在较低浓度范围内使用，又因荧光强度较弱导致检测的低灵敏度，从而给检测带来困难。
发明内容
本发明针对现有有机荧光探针在荧光检测过程中，要求荧光分子的浓度低，从而导致荧光强度弱、检测困难的问题，提供了一种增强有机荧光分子发光强度的方法，依据本方法，可使荧光探针在有机荧光分子浓度较低的情况下也能发出强的荧光，从而解决检测困难的问题。
本发明为解决上述技术问题所提出的技术方案是：
一种可增强有机荧光素发光强度的荧光材料制备方法，包括下述步骤：
1)制备金属纳米颗粒溶胶；
2)配制有机荧光素溶液；
3)将金属纳米颗粒溶胶掺入到上述有机荧光素溶液中，即得到掺有金属的荧光素溶液。
本发明提供的可增强有机荧光素发光强度的荧光材料的方法，是将用作荧光探针的有机荧光材料—荧光素溶液中引入少量金属纳米颗粒，利用光波与金属纳米颗粒产生的强局域场将能量传输给发光体使荧光分子荧光增强，使荧光分子的发光强度能呈倍数地增强，从而使含有上述荧光素的荧光探针在荧光分子低浓度的环境下准确测定。
本发明在荧光素中掺入的金属纳米颗粒的制备工艺简单、设备要求低、制备周期短，易于实现产业化。
附图说明
图1是本发明实施例2得到的荧光素(fluorescein，F1)溶液的光致发光光谱；
图2是本发明实施例3得到的荧光素(fluorescein，F1)溶液的光致发光光谱；
图3是本发明实施例4得到的荧光素(fluorescein，F1)溶液的光致发光光谱；
图4是本发明实施例5得到的荧光素(fluorescein，F1)溶液的光致发光光谱；
图5是本发明实施例6得到的荧光素(fluorescein，F1)溶液的光致发光光谱；
图6是本发明实施例7得到的荧光素(fluorescein，F1)溶液的光致发光光谱。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明包括下述步骤：
1)制备金属纳米颗粒溶胶；
2)配制有机荧光素溶液；
3)将金属纳米颗粒溶胶掺入到上述有机荧光素溶液中，即得到掺有金属的荧光素溶液。
上述制备步骤中，所述有机荧光素优选为呫吨类染料荧光素(fluorescein，F1)。
所述步骤2)配制的有机荧光素溶液优选为有机荧光素的水溶液和有机荧光素的乙醇溶液，其浓度优选为1×10-2mol/L～1×10-7mol/L。
所述步骤3)将金属纳米颗粒溶胶掺入到有机荧光素溶液后，使掺入溶胶后其金属在荧光素溶液中的含量为1×10-2mol/L～1×10-7mol/L。
本发明上述步骤1)中，制备金属纳米颗粒溶胶方法为：
1)将金属化合物溶解于溶剂中，配制成1.02×10-6mol/L～5.56×10-2mol/L浓度的溶液；
2)在磁力搅拌的条件下，将一定量的助剂溶解于上述溶液中，并使助剂在最终得到的金属纳米溶胶中的含量为1×10-4g/mL～5×10-2g/mL，可提高金属纳米颗粒在溶液中的分散性和稳定性，还可以使得到的金属纳米颗粒粒径均匀，从而进一步提高产品的品质；
3)配制浓度为1mol/L～1×10-4mol/L的还原剂溶液，还原剂溶液可起到还原金属离子的作用；
4)在磁力搅拌的条件下，按还原剂与金属离子的物质的量之比为3.6∶1～18∶1的比例量取上述步骤3)所得的还原液加入到上述步骤2)所得到的溶液中，然后继续搅拌反应5～60min，即得到金属含量为5×10-2mol/L～1×10-6mol/L的金属纳米溶胶。
上述本发明的步骤1)之金属纳米颗粒溶胶还可采用另一种步骤制备：
1)将金属化合物溶解于溶剂中，配制成1.02×10-6mol/L～5.56×10-2mol/L浓度的溶液；
2)称取一定量的还原剂溶解到溶剂中，配制成浓度范围为1mol/L～1×10-4mol/L的还原剂溶液，还原剂溶液可起到还原金属离子的作用；
3)在磁力搅拌的状态下，将一定量的助剂溶解到上述步骤2)所得的溶液中，并使助剂在最终得到的金属纳米溶胶中的含量为1×10-4g/mL～5×10-2g/mL，可提高金属纳米颗粒在溶液中的分散性和稳定性，还可以使得到的金属纳米颗粒粒径均匀，从而进一步提高产品的品质；
4)在磁力搅拌的环境下，按金属离子与还原剂的物质的量之比为1∶3.6～1∶18的比例量取上述步骤1)所得到的溶液滴加到上述步骤3)得到的还原剂溶液中，然后继续搅拌反应5～60min，即得到金属纳米溶胶。
上述金属纳米颗粒溶胶的制备方法中：
所述金属化合物优选为氯金酸、氯金酸钠、氯金酸钾、氯铂酸、氯化钯、硝酸镍或硫酸镍。
所述助剂为聚乙烯砒咯烷酮、柠檬酸钠、柠檬酸、柠檬酸钾、柠檬酸铵、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠中的至少一种。
所述还原剂优选为水合肼、抗坏血酸、硼氢化钾或硼氢化钠。
所述溶剂优选为水或乙醇。
以下通过多个实施例来举例说明本发明制备方法，以及其性能等方面。
实施例1
1)制备镍含量为5×10-2mol/L的镍纳米颗粒溶胶：
先称取262.9mg硫酸镍(NiSO4·6H2O)并溶到18.0mL的去离子水中，得到18.0mL浓度为5.56×10-2mol/L的硫酸镍水溶液；称取250.0mg聚乙烯砒咯烷酮(PVP)，并在磁力搅拌的环境下溶解到硫酸镍水溶液中；然后称取270.0mg硼氢化钾溶于5mL去离子水中，得到浓度为1mol/L的硼氢化钾还原液；再在常温、磁力搅拌的环境下，往硫酸镍水溶液中快速加入2.0mL的硼氢化钾水溶液，之后继续反应7min，即得10mmL镍含量为5×10-2mol/L的镍纳米溶胶。
2)镍纳米颗粒与有机荧光素结合：
先配制1mL浓度为1.0×10-1mol/L的荧光素(fluorescein，F1)水溶液，然后在上述荧光素(fluorescein，F1)水溶液中添加8mL去离子水，之后再滴加上述制备的镍纳米溶胶1.0mL摇匀，即得到镍含量为5×10-3mol/L、荧光素(fluorescein，F1)含量为1×10-2mol/L的具有荧光增强作用的荧光素(fluorescein，F1)溶液。
实施例2
1)制备金含量为1×10-3mol/L的金纳米颗粒溶胶：
称取3.78mg氯金酸钾(AuCl4K)溶解到8.2mL的去离子水中，得到8.2mL浓度为1.22×10-3mol/L氯金酸水溶液；称取14.8mg柠檬酸钠和5.8mg十六烷基三甲基溴化铵，并在磁力搅拌的环境下溶解到氯金酸水溶液中；然后配制10mL浓度为1×10-2mol/L的水合肼溶液；在常温、磁力搅拌的环境下，往氯金酸水溶液中滴加1.8mL1×10-2mol/L的水合肼溶液，之后继续反应30min，即得10mL金含量为1×10-3mol/L的金纳米溶胶。
2)金纳米颗粒与有机荧光素结合：
先配制2mL浓度为1.0×10-2mol/L的荧光素(fluorescein，F1)水溶液，然后取上述荧光素水溶液1mL稀释10倍，得到10mL浓度为1.0×10-3mol/L的用做空白对比的荧光素(fluorescein，F1)溶液(其发光强度参见图1中的曲线a)；再往另1mL荧光素(fluorescein，F1)水溶液中添加8mL去离子水，之后再滴加上述制备的金纳米溶胶1.0mL，摇匀，即得到金含量为1×10-3mol/L、荧光素(fluorescein，F1)含量为1×10-3mol/L的具有荧光增强作用的荧光素(fluorescein，F1)溶液(其发光强度参见图1中的曲线b)。由图1可知，本实施例之发光强度是没有掺入金纳米颗粒的荧光素溶液的3倍多。
实施例3
1)制备镍含量为5×10-3mol/L的镍纳米颗粒溶胶：
称取29.08mg硝酸镍(Ni(NO3)2·6H2O)并溶到16mL的去离子水中，得到16mL浓度为6.25×10-3mol/L硝酸镍水溶液；称取132.0mg柠檬酸钠和74.0mg十二烷基硫酸钠，并在磁力搅拌的环境下溶解到硝酸镍水溶液中；再称取18.0mg硼氢化钠溶到5mL去离子水中，得到浓度为1×10-1mol/L的硼氢化钠还原液；在常温、磁力搅拌的环境下，往硝酸镍水溶液中快速加入4mL的硼氢化钠水溶液，之后继续反应5min，即得20mL镍含量为5×10-3mol/L的镍纳米溶胶。
2)镍纳米颗粒与有机荧光素结合：
先配制2mL浓度为1.0×10-3mol/L的荧光素(fluorescein，F1)乙醇溶液，然后取1mL稀释10倍，得到10mL浓度为1.0×10-4mol/L的用做空白对比的荧光素(fluorescein，F1)乙醇溶液(其发光强度参见图2中的曲线a)；再往另1mL荧光素(fluorescein，F1)乙醇溶液中添加8mL无水乙醇，之后再滴加上述制备的镍纳米溶胶1.0mL摇匀，即得到镍含量为5×10-4mol/L、荧光素(fluorescein，F1)含量为1×10-4mol/L的具有荧光增强作用的荧光素(fluorescein，F1)溶液(其发光强度参见图2中的曲线b)。由图2可知，本实施例之发光强度是没有掺入镍纳米颗粒的荧光素溶液的7倍多。
实施例4
1)制备铂含量为5×10-4mol/L的铂纳米颗粒溶胶：
称取5.18mg氯铂酸(H2PtCl6·6H2O)溶解到16.4mL的去离子水中，得到16.4mL浓度为6.10×10-4mol/L氯铂酸水溶液；称取8.0mg柠檬酸铵和12.0mg十二烷基磺酸钠，并在磁力搅拌的环境下溶解到氯铂酸水溶液中；称取3.8mg硼氢化钠溶到10mL去离子水中，得到浓度为1×10-2mol/L的硼氢化钠还原液；在常温、磁力搅拌的环境下，往氯铂酸水溶液中快速加入3.6mL1×10-2mol/L的硼氢化钠水溶液，之后继续反应10min，即得20mL铂含量为5×10-4mol/L的铂纳米溶胶。
2)铂纳米颗粒与有机荧光素结合：
先配制2mL浓度为1.0×10-4mol/L的荧光素(fluorescein，F1)水溶液，然后取1mL稀释10倍，得到10mL浓度为1.0×10-5mol/L的用做空白对比的荧光素(fluorescein，F1)溶液(其发光强度参见图3中的曲线a)；再往另1mL荧光素(fluorescein，F1)水溶液中添加8.2mL去离子水，之后再滴加上述制备的铂纳米溶胶0.8mL摇匀，即得到铂含量为4×10-5mol/L、荧光素(fluorescein，F1)含量为1×10-5mol/L的具有荧光增强作用的荧光素(fluorescein，F1)溶液，(其发光强度参见图3中的曲线b)。由图3可知，本实施例之发光强度是没有掺入铂纳米颗粒的荧光素溶液的3倍多。
实施例5
1)制备钯含量为1×10-4mol/L的钯纳米颗粒溶胶：
称取0.43mg氯化钯(PdCl2·2H2O)溶解到8.5mL的去离子水中，得到8.5mL浓度为2.85×10-4mol/L氯化钯水溶液；称取20.0mg柠檬酸钠，并在磁力搅拌的环境下溶解到氯化钯水溶液中；称取5.4mg硼氢化钾溶到10mL去离子水中，得到浓度为1×10-2mol/L的硼氢化钾还原液；在常温、磁力搅拌的环境下，往氯化钯水溶液中快速加入1.5mL1×10-2mol/L的硼氢化钾水溶液，之后继续反应10min，即得10mL钯含量为1×10-4mol/L的钯纳米溶胶。
2)钯纳米颗粒与有机荧光素结合：
先配制2mL浓度为1.0×10-4mol/L的荧光素(fluorescein，F1)水溶液，然后取1mL稀释10倍，得到10mL浓度为1.0×10-5mol/L的用做空白对比的荧光素(fluorescein，F1)溶液(其发光强度参见图4中的曲线a)；再往另1mL荧光素(fluorescein，F1)水溶液中添加8mL去离子水，之后再滴加上述制备的钯纳米溶胶1.0mL摇匀，即得到钯含量为1×10-5mol/L、荧光素(fluorescein，F1)含量为1×10-5mol/L的具有荧光增强作用的荧光素(fluorescein，F1)溶液(其发光强度参见图4中的曲线b)。由图4可知，本实施例之发光强度是没有掺入钯纳米颗粒的荧光素溶液的5倍左右。
实施例6
1)制备金含量为1×10-5mol/L的金纳米颗粒溶胶：
称取3.78mg氯金酸钾(AuCl4K)溶解到10mL的无水乙醇中，得到10mL浓度为1×10-3mol/L的氯金酸钾乙醇溶液；称取3.8mg硼氢化钠溶到10mL的无水乙醇中，得到浓度为1×10-2mol/L的硼氢化钠还原液，之后从中量取0.1mL并稀释到9.9mL，得到9.9mL浓度为1×10-4mol/L的硼氢化钠乙醇液，接着称取14.0mg柠檬酸溶解到这9.9mL硼氢化钠乙醇液中；之后在常温、磁力搅拌的环境下，量取0.1mL上述1×10-3mol/L的氯金酸钾乙醇溶液滴加到上述9.9mL的硼氢化钠乙醇溶液中，之后继续反应5min，即得10mL金含量为1×10-5mol/L的金纳米溶胶。
2)金纳米颗粒与有机荧光素结合：
先配制2mL浓度为1.0×10-5mol/L的荧光素(fluorescein，F1)水溶液，然后取1mL稀释10倍，得到10mL浓度为1.0×10-6mol/L的用做空白对比的荧光素(fluorescein，F1)溶液(其发光强度参见图5中的曲线a)；再往另1mL荧光素(fluorescein，F1)水溶液中添加8mL去离子水，之后再滴加上述制备的金纳米溶胶1.5mL摇匀，即得到金含量为1.5×10-5mol/L、荧光素(fluorescein，F1)含量为1×10-6mol/L的具有荧光增强作用的荧光素(fluorescein，F1)溶液(其发光强度参见图5中的曲线b)。由图5可知，本实施例之发光强度是没有掺入金纳米颗粒的荧光素溶液的5倍多。
实施例7
1)制备金含量为1×10-6mol/L的金纳米颗粒溶胶：
先称取2.06mg氯金酸(AuCl3·HCl·4H2O)配成1×10-3mol/L的氯金酸水溶液5mL，之后从中量取0.02mL并稀释到19.7mL，得到19.7mL浓度为1.02×10-6mol/L的氯金酸水溶液；称取2.0mg柠檬酸钠，并在磁力搅拌的环境下溶解到氯金酸水溶液中；称取1.8mg抗坏血酸溶到10mL去离子水中，得到浓度为1.02×10-3mol/L的抗坏血酸还原液；在常温、磁力搅拌的环境下，往氯金酸水溶液中滴加0.3mL的抗坏血酸水溶液，之后继续反应60min，即得20mL金含量为1×10-6mol/L的金纳米溶胶。
2)金纳米颗粒与有机荧光素结合：
先配制2mL浓度为1.0×10-6mol/L的荧光素(fluorescein，F1)水溶液，然后取1mL稀释10倍，得到10mL浓度为1.0×10-7mol/L的用做空白对比的荧光素(fluorescein，F1)溶液(其发光强度参见图6中的曲线a)；再往另1mL荧光素(fluorescein，F1)水溶液中添加8mL去离子水，之后再滴加上述制备的金纳米溶胶1.0mL摇匀，即得到金含量为1×10-7mol/L、荧光素(fluorescein，F1)含量为1×10-7mol/L的具有荧光增强作用的荧光素(fluorescein，F1)溶液(其发光强度参见图6中的曲线b)。由图6可知，本实施例之发光强度是没有掺入金纳米颗粒的荧光素溶液的3倍左右。
实施例8
1)制备金含量为1×10-4mol/L的金纳米颗粒溶胶：
称取3.97mg氯金酸钠(NaAuCl4·2H2O)溶解到10mL的去离子水中，得到10mL浓度为1×10-3mol/L的氯金酸钠水溶液；称取3.8mg硼氢化钠溶到90mL去离子水中，得到浓度为1.1×10-3mol/L的硼氢化钠还原液；接着称取25.0mg(250∶1)柠檬酸溶解到这90mL硼氢化钠水溶液中；之后在常温、磁力搅拌的环境下，将上述10mL1×10-3mol/L的氯金酸水溶液滴加到90mL的硼氢化钠水溶液中，之后继续反应30min，即得100mL金含量为1×10-4mol/L的金纳米溶胶。
2)金纳米颗粒与有机荧光素结合：
先配制1mL浓度为1.0×10-4mol/L的荧光素(fluorescein，F1)乙醇溶液，然后在上述荧光素(fluorescein，F1)乙醇溶液中添加8mL无水乙醇，之后再滴加上述制备的金纳米溶胶2.0mL摇匀，即得到金含量为2×10-5mol/L、荧光素(fluorescein，F1)含量为1×10-5mol/L的具有荧光增强作用的荧光素(fluorescein，F1)溶液。
本发明提供的可增强有机荧光素发光强度的荧光材料的方法，是将用作荧光探针的有机荧光材料—荧光素溶液中引入少量金属纳米颗粒，利用光波与金属纳米颗粒产生的强局域场将能量传输给发光体使荧光分子荧光增强，使荧光分子的发光强度能呈倍数地增强，从而使含有上述荧光素的荧光探针在荧光分子低浓度的环境下准确测定。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可增强有机荧光素发光强度的荧光材料制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
1)制备金属纳米颗粒溶胶；
2)配制有机荧光素溶液；
3)将所述金属纳米颗粒溶胶掺入到上述有机荧光素溶液中，即得到掺有金属的荧光素溶液。
2.根据权利要求1所述的可增强有机荧光素发光强度的荧光材料制备方法，其特征在于，所述有机荧光素优选为呫吨类染料荧光素。
3.根据权利要求1所述的可增强有机荧光素发光强度的荧光材料制备方法，其特征在于，所述步骤2)配制的有机荧光素溶液的浓度为1×10-2mol/L～1×10-7mol/L。
4.根据权利要求1所述的可增强有机荧光素发光强度的荧光材料制备方法，其特征在于，所述步骤3)将金属纳米颗粒溶胶掺入到有机荧光素溶液后，其金属在荧光素溶液中的含量为1×10-2mol/L～1×10-7mol/L。
5.根据权利要求1-4任一项所述的可增强有机荧光素发光强度的荧光材料制备方法，其特征在于，所述步骤1)的金属纳米颗粒溶胶制备包括下述步骤：
1)将金属化合物溶解于溶剂中，配制成1.02×10-6mol/L～5.56×10-2mol/L浓度的溶液；
2)将一定量的助剂溶解于上述溶液中，并使助剂在最终得到的金属纳米溶胶中的含量为1×10-4g/mL～5×10-2g/mL；
3)配制浓度范围为1mol/L～1×10-4mol/L的还原剂溶液；
4)按还原剂与金属离子的物质的量之比为3.6∶1～18∶1的比例量取上述步骤3)所得的还原液加入到上述步骤2)所得到的溶液中，然后继续搅拌反应，得到金属含量为5×10-2mol/L～1×10-6mol/L的金属纳米溶胶。
6.根据权利要求1-4任一项所述的可增强有机荧光素发光强度的荧光材料制备方法，其特征在于，所述步骤1)的金属纳米颗粒溶胶制备包括下述步骤：
1)将金属化合物溶解于溶剂中，配制成1.02×10-6mol/L～5.56×10-2mol/L浓度的溶液；
2)配制浓度范围为1mol/L～1×10-4mol/L的还原剂溶液；
3)将一定量的助剂溶解到上述步骤2)所得的溶液中，并使助剂在最终得到的金属纳米溶胶中的含量为1×10-4g/mL～5×10-2g/mL；
4)按金属离子与还原剂的物质的量之比为1∶3.6～1∶18的比例量取上述步骤1)所得到的溶液滴加到上述步骤3)得到的还原剂溶液中，然后继续搅拌反应，即得到金属含量为5×10-2mol/L～1×10-6mol/L的金属纳米溶胶。
7.根据权利要求5或6所述的可增强有机荧光素发光强度的荧光材料制备方法，其特征在于，所述金属化合物优选为氯金酸、氯金酸钠、氯金酸钾、氯铂酸、氯化钯、硝酸镍或硫酸镍。
8.根据权利要求5或6所述的可增强有机荧光素发光强度的荧光材料制备方法，其特征在于，所述助剂为聚乙烯砒咯烷酮、柠檬酸钠、柠檬酸、柠檬酸钾、柠檬酸铵、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠中的至少一种。
9.根据权利要求5或6所述的可增强有机荧光素发光强度的荧光材料制备方法，其特征在于，所述还原剂优选为水合肼、抗坏血酸、硼氢化钾或硼氢化钠，所述溶剂优选为水或乙醇。
10.根据权利要求5或6所述的可增强有机荧光素发光强度的荧光材料制备方法，其特征在于，所述步骤4)之继续搅拌反应时间为5～60min。
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