CN103074066B - 介孔直接包覆的荧光多功能纳米生物探针的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种介孔直接包覆的荧光多功能纳米生物探针的制备方法，其包括以下步骤：首先，以稀土掺杂上转换发光纳米晶为核，用阳离子表面活性剂（十六烷基三甲基溴化铵）将疏水性上转换纳米晶转换为亲水性；而后，将亲水性上转换纳米晶分散在水、乙醇和氨水混合溶液中；随后在碱性条件下滴加硅源，硅源水解并在静电作用下自组装到上转换纳米晶表面形成介孔荧光多功能纳米球；最后去除模板剂，即得到介孔直接包覆的荧光多功能纳米生物探针。本发明的方法制备工艺更简易、生产效率更高，合成的介孔纳米球形材料不仅尺寸均一、结构稳定，并且具有上转换荧光强度较高、比表面积较大等优点，可应用于上转换荧光成像、靶向载药等生物医学领域。

Description

介孔直接包覆的荧光多功能纳米生物探针的制备方法
技术领域
本发明属于纳米生物材料技术领域，具体涉及一种介孔直接包覆的荧光多功能纳米生物探针的制备方法。
背景技术
不同类型纳米功能材料的结合与组装可以很好地促进用于多模式生物成像及治疗等的多功能纳米平台的发展。随着纳米技术的发展，具有荧光和介孔结构等特点的多功能纳米生物探针受到空前的关注。荧光材料和介孔材料是在免疫分析、药物释放、活体成像以及癌细胞理疗等方面有着广泛的应用前景，是生物医学领域展开深层研究的重要应用材料。多功能介孔纳米材料具有诸多优势，一方面可以标记生物组织进行活体实时观测，另一方面通过进一步靶向修饰，介孔结构中负载的抗癌药物可在靶向作用下释放到特定的肿瘤细胞或癌细胞区域，杀死癌细胞，而正常细胞受影响则较小，从而达到非扩散治疗的目的，实现更好的抗癌效果。
目前，介孔荧光多功能纳米生物探针的制备方法多为“两步法”，即先在纳米晶表面生长一层无孔硅，再以此为核生长介孔硅，但是上述方法工序繁多、周期较长。此外，反应过程中对纳米粒子分散性控制较困难，因而多功能纳米探针的形貌、稳定性等易受影响。
发明内容
针对上述方法的不足，本发明的目的在于，提供一种制造工艺简易、易于控制且有效保证产品质量的介孔直接包覆的荧光多功能纳米生物探针的制备方法。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案是：
一种介孔直接包覆的荧光多功能纳米生物探针的制备方法，其包括以下步骤：
（1）将疏水性上转换纳米晶转换为亲水性，形成第一分散液；
（2）将去离子水、乙醇和氨水充分混合形成第二分散液，将第一分散液加入第二分散液中并加热；
（3）向第一、第二分散液的混合溶液中加入硅源，形成介孔荧光多功能纳米球形产物；
（4）对纳米球形产物进行去除模板剂（十六烷基三甲基溴化铵），制得介孔直接包覆的荧光多功能纳米生物探针。
所述步骤（1）具体包括以下步骤：
（1.1）预备10～15 mg粒径为30～60 nm疏水性的NaYF4:Yb,Er纳米晶分散在环己烷中，形成第一混合液； 
（1.2）预备100 mg CTAB和20 mL去离子水，将CATB和去离子水相混合并溶解形成第二混合液；
（1.3）将第一、第二混合液混合并充分搅拌3-5小时得到第三混合液；
（1.4）将第三混合液加热至60-85℃并保持40-80分钟蒸发除去环己烷，冷却得到透明水溶液，即第一分散液。
所述步骤（1.3）中的搅拌为磁力搅拌。
所述步骤（1）中的上转换纳米晶为NaYF4:Yb,Er。
所述步骤（2）具体包括以下步骤：
（2.1）预备2mL氨水、40mL去离子水和75mL乙醇；
（2.2）将所述三种溶液混合均匀制得第二分散液。
所述步骤（3）中的硅源为正硅酸乙酯。
所述步骤（3）具体包括以下步骤：
（3.1）预备80 μL TEOS，溶解于5 mL的乙醇溶液得第四混合液；
（3.2）在搅拌条件下，将第四混合液以每滴8-15秒的滴速滴加至第一、二分散液的混合溶液中，得第五混合液；
（3.3）将第五混合液放置在65～75℃的环境下反应16～18小时，使混合液中的亲水性上转换纳米晶和正硅酸乙酯的水解单体充分自组装形成纳米球形产物；
（3.4）将第五混合液移置离心分离器进行离心，分离出纳米球形产物，然后用乙醇和去离子水反复洗涤纳米球形产物。
所述步骤（4）具体包括以下步骤：
（4.1）预备20mL的乙醇；
（4.2）将洗涤后的纳米球形产物放入乙醇中，形成第六混合液；
（4.3）将第六混合液放置在55～65℃的环境下，连续搅拌3～6小时；
（4.4）第六混合液移置离心分离器进行离心分离出纳米球形产物，然后用乙醇和去离子水反复洗涤纳米球形产物；
（4.4）将上诉产物过夜干燥，制得介孔直接包覆的荧光多功能纳米生物探针。
本发明的有益效果为：本发明提供的方法制备工艺简易、易于实现。本发明方法的特点是使用“一步法”自组装介孔直接包覆的荧光多功能纳米生物探针，简化合成过程。表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）将疏水的上转换纳米晶从有机相转移到水相中，得到带有部分正电荷的上转换纳米晶??CTAB胶束，其与Zata电势为负的正硅酸乙酯水解单体在碱性条件下通过静电作用，自组装形成短程有序的介孔壳层。
本发明方法具体是一种直接形成单分散的、具有介孔结构和上转换荧光性能的多功能纳米生物探针的制备方法。首先，将疏水性的上转换纳米晶通过搅拌加热从有机相转移到水相当中；而后将其分散在水、乙醇和氨水的混合溶液中，随后在碱性条件下滴加硅源，硅源水解单体和亲水性上转换纳米晶在静电作用下自组装成为纳米球形材料；最后，去除模板剂，即得到介孔直接包覆的荧光多功能纳米生物探针。本发明方法具有工艺简单，操作方便，结构易控的优势。合成的介孔荧光多功能纳米生物探针不仅尺寸均一、结构稳定，并且具有上转换荧光较强、比表面积较大等优点，可应用于上转换荧光成像、靶向载药等生物医学领域。
附图说明
图1是本发明实施例2所得样品的XRD照片；
图2为本发明实施例2所得样品在980 nm激光光源激发下的荧光光谱图；
图3为本发明实施例2所得样品的氮气吸附脱附等温线；
图4是本发明实施例2所得样品的透射电镜（TEM）照片；
图5是本发明实施例2所得样品的高倍透射电镜（HRTEM）照片；
图6是本发明实施例3所得样品的透射电镜（TEM）照片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步说明。
实施例1：
本实施例提供一种介孔直接包覆的荧光多功能纳米生物探针的制备方法，其包括以下步骤：
（1）将疏水性上转换纳米晶转换为亲水性，形成第一分散液；
（2）将去离子水、乙醇和氨水等充分混合形成第二分散液，将第一分散液加入第二分散液中并加热；
（3）向第一、第二分散液的混合溶液中加入硅源，形成介孔荧光多功能纳米球形产物；
（4）对纳米球形产物进行去除模板剂（十六烷基三甲基溴化铵），制得介孔直接包覆的荧光多功能纳米生物探针。
所述步骤（1）具体包括以下步骤：
（1.1）预备10～15 mg粒径为30～60 nm的疏水性的NaYF4:Yb,Er纳米分散在环己烷中，形成第一混合液； 
（1.2）预备100 mg CTAB和20 mL去离子水，将CATB和去离子水相混合并溶解形成第二混合液；
（1.3）将第一、第二混合液混合并充分搅拌3-5小时得到第三混合液；
（1.4）将第三混合液加热至60-85℃并保持40-80分钟蒸发除去环己烷，冷却得到透明水溶液，即第一分散液。
所述步骤（1.3）中的搅拌为磁力搅拌。
所述步骤（1）中的上转换纳米晶为NaYF4:Yb,Er。
所述步骤（2）具体包括以下步骤：
（2.1）预备2mL氨水、40mL去离子水和75mL乙醇；
（2.2）将所述三种溶液混合均匀制得第二分散液。
所述步骤（3）中的硅源为正硅酸乙酯。
所述步骤（3）具体包括以下步骤：
（3.1）预备80 μL TEOS，溶解于5 mL的乙醇溶液得第四混合液；
（3.2）在搅拌条件下，将第四混合液以每滴8-15秒的滴速滴加至第一、二分散液的混合溶液中，得第五混合液;
（3.3）将第五混合液放置在65～75℃的环境下反应16～18小时，使五混合液中的亲水性上转换纳米晶和正硅酸乙酯的水解单体充分自组装以形成纳米球形产物；
（3.4）将第五混合液移置离心分离器进行离心，分离出纳米球形产物，然后用乙醇和去离子水反复洗涤纳米球形产物。
所述步骤（4）具体包括以下步骤：
（4.1）预备20mL的乙醇；
（4.2）将洗涤后的纳米球形产物放入乙醇中，形成第六混合液；
（4.3）将第六混合液放置在55～65℃的环境下，连续搅拌3～6小时；
（4.4）第六混合液移置离心分离器进行离心分离出纳米球形产物，然后用乙醇和去离子水反复洗涤纳米球形产物;
（4.4）将上诉产物过夜干燥，制得介孔直接包覆的荧光多功能纳米生物探针。
实施例2：
本实施例提供一种介孔荧光多功能纳米生物探针的制备方法，其基本步骤与实施例1相同，其不同之处在于如下具体步骤不同：
（1）预备10 mg粒径为30～60 nm的疏水性的NaYF4:Yb,Er纳米分散在环己烷中，形成第一混合液；预备100 mg CTAB和20 mL去离子水，将CATB和去离子水相混合并溶解形成第二混合液；将第一、第二混合液混合并充分搅拌3-5小时得到第三混合液；将第三混合液加热至60-85℃并保持40-80分钟蒸发除去环己烷，冷却得到透明水溶液，即第一分散液，备用；
（2）预备2 mL氨水、40mL去离子水和75mL乙醇；将三种溶液混合均匀制得第二分散液；
（3）预备80 μL TEOS，溶解于5 mL的乙醇溶液得第四混合液；在搅拌条件下，将第四混合液以每滴8-15秒的滴速滴加至第一、二分散液的混合溶液中，得第五混合液；将第五混合液放置在65～75℃的环境下反应16～18小时，使第五混合液中的亲水性上转换纳米晶和正硅酸乙酯的水解单体充分自组装形成纳米球形产物；
（4）预备20 mL的乙醇、40 μL盐酸溶液（pH=1.43）；将洗涤后的纳米球形产物放入乙醇中，形成第六混合液；将第六混合液放置在55～65℃的环境下，连续搅拌3～6小时；第六混合液移置离心分离器进行离心分离出纳米球形产物，然后用乙醇和去离子水反复洗涤纳米球形产物；将产物过夜干燥，制得介孔直接包覆的荧光多功能纳米生物探针。
实施例3：
本实施例提供一种介孔荧光多功能纳米生物探针的制备方法，基本步骤与实施例1相同，其不同之处在于如下具体步骤不同：
（1）预备10 mg粒径为30～60 nm的疏水性的NaYF4:Yb,Er纳米分散在环己烷中，形成第一混合液；预备100 mg CTAB和20 mL去离子水，将CATB和去离子水相混合并溶解形成第二混合液；将第一、第二混合液混合并充分搅拌3-5小时得到第三混合液；将第三混合液加热至60-85℃并保持40-80分钟蒸发除去环己烷，冷却得到透明水溶液，即第一分散液，备用；
（2）预备1mL氨水、10mL去离子水和35mL乙醇；将三种溶液混合均匀制得第二分散液；
（3）预备30 μL TEOS，溶解于5 mL的乙醇溶液得第四混合液；在搅拌条件下，将第四混合液以每滴8-15秒的滴速滴加至第一、二分散液的混合溶液中，得第五混合液；将第五混合液放置在65～75℃的环境下反应16～18小时，使第五混合液中的亲水性上转换纳米晶和正硅酸乙酯的水解单体充分自组装形成纳米球形产物；
（4）预备20mL的乙醇、40 μL盐酸溶液（pH=1.43）；将洗涤后的纳米球形产物放入乙醇中，形成第六混合液；将第六混合液放置在55～65℃的环境下，连续搅拌3～6小时；第六混合液移置离心分离器进行离心分离出纳米球形产物，然后用乙醇和去离子水反复洗涤纳米球形产物；将产物过夜干燥，制得介孔直接包覆的荧光多功能纳米生物探针。
通过图1至图6可以看出，
图1为本发明的具体实施例中制得的介孔荧光多功能纳米生物探针的小角XRD图谱，可见其壳层具有有序介孔结构；
图2为本发明的具体实施例中制得的介孔荧光多功能纳米生物探针的上转换荧光光谱，可见其在波长980 nm的激光激发下，产生波长为521、539和651 nm的可见光；
图3为本发明的具体实施例2中制得的介孔荧光多功能纳米生物探针的氮气吸附脱附等温线，可见其比表面积和孔体积分别达到55.97 m2/g和0.2951 cm3/g；
图4为本发明的具体实施例2中制得的介孔荧光多功能纳米生物探针的透射电子显微镜（TEM）图片；
图5为本发明的具体实施例2中制得的介孔荧光多功能纳米生物探针的高倍透射电子显微镜(HRTEM)图片；
图6为本发明的具体实施例3中制得的介孔荧光多功能纳米生物探针的透射电子显微镜（TEM）图片。
按照本发明所提供方法合成的介孔直接包覆的荧光多功能纳米生物探针，不仅合成的介孔纳米球形材料不仅尺寸均一、结构稳定，并且具有上转换荧光较强、比表面积较大等优点，可应用于上转换荧光成像、靶向载药等生物医学领域。
本发明方法具有工艺简单、操作方便、生产效率更高、结构易控的优势，具体是一种直接形成单分散的、具有介孔结构和上转换荧光性能的多功能纳米生物探针的制备方法。特点是区别于一般使用的“两步法”，该发明使用“一步法”自组装介孔荧光多功能纳米生物探针，简化了合成过程。首先，使用表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）将疏水性上转换纳米晶从有机相转移到水相中，而后，将其分散在水、乙醇和氨水混合溶液中，随后在碱性条件下滴加硅源，这样带有部分正电荷的上转换纳米晶??CTAB胶束，与Zata电势为负的正硅酸乙酯水解单体在碱性条件下通过静电作用自组装成为纳米球形材料；最后，去除模板剂，即得到介孔直接包覆的荧光多功能纳米生物探针。
如本发明上述实施例所述，采用与其相同或相似方法所得到的其它的介孔纳米球形荧光探针的制备方法，均在本发明保护范围内。

Claims (2)

1.一种介孔直接包覆的荧光多功能纳米生物探针的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
（1）将疏水性上转换纳米晶转换为亲水性，形成第一分散液，具体步骤为：
（1.1）预备10～15 mg粒径为30～60 nm的疏水性NaYF4:Yb,Er纳米晶分散在环己烷中，形成第一混合液； 
（1.2）预备100 mg CTAB和20 mL去离子水，将CATB和去离子水相混合并溶解形成第二混合液；
（1.3）将第一、第二混合液混合并充分搅拌3-5小时得到第三混合液；
（1.4）将第三混合液加热至60-85℃，并保持40-80分钟蒸发除去环己烷，冷却得到透明水溶液，即第一分散液；
（2）将去离子水、乙醇和氨水充分混合形成第二分散液，将第一分散液加入第二分散液中并加热，具体步骤为：
（2.1）预备2mL氨水、40mL去离子水和75mL乙醇；
（2.2）将所述三种溶液混合均匀制得第二分散液；
（3）向第一、第二分散液的混合溶液中加入硅源，形成介孔荧光多功能纳米球形产物，具体包括以下步骤：
（3.1）预备80 μL TEOS，溶解于5 mL的乙醇溶液得第四混合液；
（3.2）在搅拌条件下，将第四混合液以每滴8-15秒的滴速滴加至第一、二分散液的混合溶液中，得第五混合液；
（3.3）将第五混合液放置在65～75℃的环境下反应16～18小时，使混合液中的亲水性上转换纳米晶和正硅酸乙酯的水解单体充分自组装形成纳米球形产物；
（3.4）将第五混合液移置离心分离器进行离心，分离出纳米球形产物，然后用乙醇和去离子水反复洗涤纳米球形产物；
（4）对纳米球形产物进行去除模板剂十六烷基三甲基溴化铵，制得介孔直接包覆的上转换纳米晶的荧光多功能纳米生物探针，具体包括以下步骤：
（4.1）预备20mL的乙醇；
（4.2）将洗涤后的纳米球形产物放入乙醇中，形成第六混合液；
（4.3）将第六混合液放置在55～65℃的环境下，连续搅拌3～6小时；
（4.4）第六混合液移置离心分离器进行离心分离出纳米球形产物，然后用乙醇和去离子水反复洗涤纳米球形产物；
（4.5）将上述产物过夜干燥，制得介孔直接包覆的荧光多功能纳米生物探针。
2.根据权利要求1所述的介孔直接包覆的荧光多功能纳米生物探针的制备方法，其特征在于所述步骤（1.3）中的搅拌为磁力搅拌。 
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