CN102302918A

CN102302918A - 一种磁性荧光复合微球及其制备方法

Info

Publication number: CN102302918A
Application number: CN201110157616A
Authority: CN
Inventors: 常津; 刘俊庆; 宋涛; 李云红; 张琼文
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2011-06-13
Filing date: 2011-06-13
Publication date: 2012-01-04

Abstract

本发明旨在提供一种简单、高效的制备高性能磁性荧光复合微球的方法。由于Fe₃O₄磁性纳米粒子的存在，荧光物质中处于导带的电子在回到价带的过程中，发生了电子转移，使导带的电子转移到Fe₃O₄磁性纳米粒子上，结果荧光发生猝灭。本发明就是重点解决了制备磁性荧光微球的过程中Fe₃O₄磁性纳米粒子对荧光物质的荧光性能产生较大影响这一问题。本发明在制备过程中，通过改变掺杂顺序以及采用不同的掺杂方法，使制得的磁性荧光微球在保证实际使用中具有很好磁响应性的基础上，能够将磁对荧光物质的影响降到最低，使荧光性能达到最佳；且采用高温溶胀法引入荧光物质，使微球内部的荧光物质不会泄露出来，保证了荧光信号稳定。制备的磁性荧光复合微球的平均粒径为5～50μm，且粒径均匀，形貌良好。

Description

一种磁性荧光复合微球及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种可应用于生物医学领域的复合材料，尤其是涉及一种磁性荧光复合微球及其制备方法。

背景技术

近年来，生物医学研究在功能基因分析、药物筛选和临床诊断等诸方面取得了令人瞩目的成绩。与此同时，随着组合化学、天然产物化学以及基因组学的飞速发展，大量待筛选分析的化合物不断涌现。如何从大规模、复杂的生物相关物质的候选体系中高效快速地筛选出目标物质，以促进生物医学研究的发展，是目前生物分析技术面临的巨大挑战。

磁性荧光微球是指高分子微球内引入磁性纳米粒子和荧光物质，使微球同时具有磁性能和特征荧光，并能被流式细胞计数仪识别分析。磁性荧光微球表面可结合各种生物分子，这些生物分子与样品中相应的靶物质分子反应，以荧光标记的测定底物等作为检测生物学反应的报告基团，通过荧光信号的测定值对靶物质分子进行定性和定量分析。磁性荧光微球具有非常广阔的生物医学应用范围。应用磁性荧光微球进行生物大分子检测，既能对反应物进行快速分离和纯化，又能在一个反应管、孔内对待检样品的多个靶分子同时进行检测，可广泛应用于免疫学检测、核酸杂交、基团型分析等领域。

目前，所说的磁性荧光微球主要指在聚合高分子微球的同时引入Fe₂O₃或Fe₃O₄等磁性纳米粒子和荧光物质，从而制备磁性荧光微球。这种磁性荧光技术主要技术难题和问题如下：1、制备过程过于复杂，聚合过程不易控制。2、制备的磁性荧光微球性能较差。影响磁性荧光微球使用的指标主要是微球粒径的大小、均匀性，微球的磁性能和荧光性能。通常的制备方法由于在微球的聚合过程中加入磁性纳米粒子，导致制备的微球表面粗糙、粒径均一性较差，降低了流失细胞检测过程中信号的准确性。同时使用的荧光物质容易淬灭等缺点，使得磁性荧光微球的荧光性能大大降低。

发明内容

本发明旨在提供一种简单、高效的制备高性能磁性荧光复合微球的方法。由于Fe₃O₄磁性纳米粒子的存在，荧光物质中处于导带的电子在回到价带的过程中，发生了电子转移，使导带的电子转移到Fe₃O₄磁性纳米粒子上，结果荧光发生猝灭。本发明就是重点解决了制备磁性荧光微球的过程中Fe₃O₄磁性纳米粒子对荧光物质的荧光性能产生较大影响这一问题。本发明在制备过程中，通过改变掺杂顺序以及采用不同的掺杂方法，使制得的磁性荧光微球在保证实际使用中具有很好磁响应性的基础上，能够将磁对荧光物质的影响降到最低，使荧光性能达到最佳，如图1中Fe₃O₄-QDs曲线所示，先引入磁性纳米粒子，后引入荧光物质，制备的磁性荧光微球的荧光强度明显强于其它两种引入顺序；且采用高温溶胀法引入荧光物质，使微球内部的荧光物质不会泄露出来，保证了荧光信号稳定，如图2所示，荧光物质泄漏量相对于一般制备方法大大降低。制备的磁性荧光复合微球的平均粒径为5～50μm，且粒径均匀，形貌良好。

本发明的一种磁性荧光复合微球，其中磁性荧光微球带有Fe₃O₄磁性纳米粒子，平均粒径为5～50μm。

本发明所述的磁性荧光复合微球的制备方法，包括以下步骤：

1)在常温条件下，将Fe₃O₄磁性纳米粒子分散在溶胀剂中，将聚合物微球分散在常温分散剂中，将两个体系混合，超声分散均匀，溶胀10min～120min，离心分离，制得磁性微球；Fe₃O₄磁性纳米粒子与聚合物微球的质量之比为1∶50～10；常温分散剂与溶胀的体积之比为1～10∶1。

2)将荧光物质分散在溶胀剂中，将制得的磁性微球分散在高温分散剂中，将两个体系混合、超声分散均匀，在40～60℃下溶胀，溶胀时间30～120min；荧光物质与制得的磁性聚合物微球的质量之比为1∶50～5；高温分散剂与溶胀剂的体积之比为1～6∶1。

3)将步骤2)的反应体系升温至140～240℃，并保温至无溶胀剂回流；

4)待溶胀剂全部挥发，将反应体系降温，离心，洗涤后烘干，得到磁性荧光聚合物微球。

本发明所述的荧光物质是指平均粒径在1～10nm之间的量子点。

所述的量子点选自CdS、CdSe、CdTe、CdSe/CdS、CdSe/ZnS、CdSe/ZnSe、CdTe/ZnS、CdTe/CdS、CdTe/ZnSe、CdSeTe其中的一种或几种的组合。

所述的聚合物微球是具有交联结构，交联度5％～100％，且具有多孔结构的高分子微球，粒径为5～50μm。聚合物微球包括：聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚丙烯酸酯、聚苯乙烯或聚氯乙烯中的一种。

所述的常温分散剂为正丁醇、异丙醇中的一种或两种的组合。所述的高温分散剂为十六烷、十八碳烯的一种或两种的组合。

所述的溶胀剂为三氯甲烷、环己烷中的一种或两种的组合。

本发明的制备过程是优选在氩气保护下进行。

本发明的特点在于，引入磁性纳米粒子和荧光物质时采用了不同的掺杂顺序和不同的掺杂方法。如图1中Fe₃O₄-QDs曲线所示，首先，采用常温溶胀法向聚合物微球内部掺杂磁性纳米粒子；然后，采用高温溶胀法引入量子点，制备的磁性荧光微球的荧光强度明显强于其它两种引入顺序。由于采用高温溶胀法向微球内部掺杂量子点，微球内部的多孔结构和长链分子将量子点镶嵌或缠绕，使量子点和磁性纳米粒子之间产生一定结构上的距离和高分子隔层，这样就很大程度上降低了磁性纳米粒子对量子点荧光性能的影响。另一方面，量子点被嵌入微球内部，且由于采用了高温溶胀法，制得的磁性荧光微球表面光滑无孔，不易泄漏，荧光信号稳定形貌良好，如图2所示，采用本发明的制备方法使荧光物质的泄漏量相比于一般方法大大降低。

附图说明

图1：Fe₃O₄磁性纳米粒子和量子点不同引入顺序的磁性荧光微球的荧光强度。

图2：量子点在不同时间的泄漏量。

图3：实施例1中所述的磁性荧光复合微球的扫面电镜照片。

图4：实施例2中制得的磁性荧光复合微球的荧光光谱。

图5：实施例2中制得的磁性荧光复合微球的磁响应性曲线。

图6：实施例5中制得的磁性荧光复合微球的荧光光谱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作出详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，所给出的详细实施方式和过程，是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。

实施例1：

1)取1mgFe₃O₄磁性纳米粒子和10mg交联度为100％粒径为50μm的苯乙烯聚合物微球分别分散在1ml三氯甲烷和10ml正丁醇中，将两个体系混合、超声分散均匀，在常温下溶胀10min，离心分离，制得磁性微球。

2)取2mgCdSeTe量子点和10mg制得的磁性微球分别分散在2ml三氯甲烷和12ml十六烷中，将两个体系混合、超声分散均匀，在40℃下溶胀，溶胀时间30min；

3)将步骤2)的反应体系升温至140℃，并保温至无三氯甲烷回流；

4)待三氯甲烷全部挥发，将反应体系降温，离心，洗涤后烘干，得到磁性荧光聚合物微球。

图3制得的磁性荧光复合微球的扫面电镜照片。如图所示，磁性荧光微球粒径均一，表面光滑，形貌良好。

实施例2：

1)取1mgFe₃O₄磁性纳米粒子和50mg交联度为5％粒径为5μm聚甲基丙烯酸甲酯聚合物微球分别分散在6ml环己烷和6ml异丙醇中，将两个体系混合、超声分散均匀，在常温下溶胀120min，离心分离，制得磁性微球。

2)取1mg荧光发射峰在650nm的CdSe/ZnSe量子点和50mg磁性微球分别分散在7ml环己烷和7ml十八烯中，将两个体系混合、超声分散均匀，在60℃下溶胀，溶胀时间120min；

3)将步骤2)的反应体系升温至240℃，并保温至无环己烷回流；

4)待环己烷全部挥发，将反应体系降温，离心，洗涤后烘干，得到磁性荧光聚合物微球。

图4制得的磁性荧光复合微球的荧光光谱。如图所示，磁性荧光微球的荧光发射峰半峰宽较窄，峰型良好。

图5制得的磁性荧光复合微球的磁响应性曲线。如图所示，磁性荧光微球的磁响应曲线光滑，磁响应性良好。

实施例3：

1)取1mgFe₃O₄磁性纳米粒子和20mg交联度为50％粒径为20μm的聚甲基丙烯酸乙酯聚合物微球分别分散在1ml三氯甲烷和6ml异丙醇中，将两个体系混合、超声分散均匀，在常温下溶胀90min，离心分离，制得磁性微球。

2)取1mg CdS量子点和20mg磁性微球分别分散在3ml环己烷和9ml十六烷中，将两个体系混合、超声分散均匀，在55℃下溶胀，溶胀时间60min；

3)将步骤2)的反应体系升温至200℃，并保温至无环己烷回流；

实施例4：

1)取1mgFe₃O₄磁性纳米粒子和40mg交联度为70％粒径为15μm的聚丙烯酸酯聚合物微球分别分散在2ml环己烷和10ml正丁醇中，将两个体系混合、超声分散均匀，在常温下溶胀60min，离心分离，制得磁性微球。

2)取0.5mg CdSe/CdS量子点、0.5mg CdSe和30mg磁性微球分别分散在2ml三氯甲烷和8ml十八烯中，将两个体系混合、超声分散均匀，在55℃下溶胀，溶胀时间40min；

3)将步骤2)的反应体系升温至180℃，并保温至无三氯甲烷回流；

实施例5：

1)取1mgFe₃O₄磁性纳米粒子和15mg交联度为80％粒径为20μm的聚氯乙烯聚合物微球分别分散在1ml环己烷、1ml三氯甲烷和6ml正丁醇、6ml异丙醇中，将两个体系混合、超声分散均匀，在常温下溶胀90min，离心分离，制得磁性微球。

2)取1mg荧光发射峰在564nm的CdTe/ZnSe量子点、1mg荧光发射峰在650nm的CdSeTe量子点和20mg磁性微球分别分散在1.5ml三氯甲烷、1.5ml环己烷和5ml十八烯、5ml十六烷中，将两个体系混合、超声分散均匀，在50℃下溶胀，溶胀时间70min；

3)将步骤2)的反应体系升温至180℃，并保温至无三氯甲烷和环己烷回流；

4)待三氯甲烷和环己烷全部挥发，将反应体系降温，离心，洗涤后烘干，得到磁性荧光聚合物微球。

图6制得的磁性荧光复合微球的荧光光谱。如图所示，荧光发射峰峰型良好，能被充分识别开。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种磁性荧光复合微球，其特征是磁性荧光微球带有Fe₃O₄磁性纳米粒子，平均粒径为5～50μm。

2.权利要求1的磁性荧光复合微球的制备方法，其特征是步骤如下：

1)在常温条件下，将Fe₃O₄磁性纳米粒子分散在溶胀剂中，将聚合物微球分散在常温分散剂中，将两个体系混合，超声分散均匀，在常温下溶胀10min～120min，离心分离，制得磁性微球；Fe₃O₄磁性纳米粒子与聚合物微球的质量之比为1∶50～10；常温分散剂与溶胀的体积之比为1～10∶1。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征是荧光物质是指平均粒径在1～10nm之间的量子点；量子点选自CdS、CdSe、CdTe、CdSe/CdS、CdSe/ZnS、CdSe/ZnSe、CdTe/ZnS、CdTe/CdS、CdTe/ZnSe、CdSeTe其中的一种或几种的组合。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征是所述的聚合物微球是具有交联结构，交联度5％～100％，且具有多孔结构的高分子微球，粒径为5～50μm；聚合物微球包括：聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚丙烯酸酯、聚苯乙烯或聚氯乙烯中的一种。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征是所述的常温分散剂为正丁醇、异丙醇中的一种或两种的组合。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征是所述的高温分散剂为十六烷、十八碳烯的一种或两种的组合。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征是所述的溶胀剂为三氯甲烷、环己烷中的一种或两种的组合。