CN103923635A

CN103923635A - 一种金属增强荧光的稀土发光粒子的制备方法

Info

Publication number: CN103923635A
Application number: CN201410157387.1A
Authority: CN
Inventors: 陈扬; 孙春蕾
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2014-04-18
Filing date: 2014-04-18
Publication date: 2014-07-16

Abstract

本发明涉及一种金属增强荧光的稀土发光粒子的制备方法，该方法使用银或金纳米粒子为基底，在银或金纳米粒子的表面修饰发光稀土配合物分子构成金属增强荧光的稀土发光粒子。本发明制备的金属基质的稀土发光粒子没有分子泄漏，粒子坚固，稳定性好；由于稀土发光分子自身的荧光被金属显著增强，粒子的发光强度高；由于是稀土分子发光，发光寿命长，能应用于时间分辨的荧光技术，制备的方法简便，易于操作和掌握，在分子/离子传感、发光显示、成像等方面具有良好的应用前景。

Description

一种金属增强荧光的稀土发光粒子的制备方法

技术领域

本发明涉及一种金属增强荧光的稀土发光粒子的制备方法，制备的稀土发光粒子可用于分子/离子的传感、标记和成像，属于稀土发光纳米材料制备领域。

背景技术

荧光技术在生命科学、医学、食品安全、环境保护等领域有着极为广泛的应用。传统的荧光分析主要使用各种有机分子，由于有机染料分子的激发波长与发射波长靠近，Stokes位移小(20-30nm)，检测时容易受到激发光的干扰；有机染料分子还容易发生光漂白及淬灭效应，导致荧光强度降低。另外，荧光分析，尤其是生物样品的荧光分析，背景荧光几乎覆盖大多数染料分子发射光谱的范围(350-600nm)，将产生非特异性的荧光干扰，这些不足限制了荧光分析的许多应用。稀土离子的荧光具有大的Stocks位移，窄的发射峰，长的荧光寿命，长荧光寿命允许时间分辨荧光分析，通过延迟测量，可充分衰减短荧光寿命的背景荧光和各种非特异性荧光，获得比常规荧光分析更高的信噪比。基于稀土离子的荧光已广泛应用于各种荧光分析。

有关稀土发光纳米粒子制备的文献，中国专利授权公开号CN1231760C，2005年，孙宝全，衣光舜，陈德朴，赵淑英，周玉祥，程京，用于生物材料标记的稀土纳米粒子、其制备方法及用途，公开了一种用聚合物膜或无机物膜包裹稀土混合物的粒子制备方法；中国授权公开号CN1298807C，2007年，袁景利，谭明乾，叶志强，王桂兰，一种功能性纳米稀土荧光微粒及其制备和应用，公开了一种SiO₂包裹稀土配合物的粒子制备方法；中国授权公开号CN1304523C，2007年，陈扬，基于荧光能量转移原理发光的稀土纳米粒子及制备方法，公开了一种SiO₂包裹稀土配合物的粒子制备方法；中国专利授权公开号CN101486903B,2012年，陈扬，一种基于吡啶二羧酸的稀土发光纳米粒子的制备方法,公开了一种SiO₂包裹吡啶二羧酸的稀土发光纳米粒子的制备方法。以上这些文献所制备的稀土纳米粒子通过包裹多个稀土配合物分子实现发光增强，每个稀土配合物分子的荧光强度没有被增强。

中国专利授权公开号CN103254495A，2013年，乔旭升，樊先平，陈冰，马荣华，陆盼盼，钱江云，一种纳米银荧光增强的稀土氧化物纳米晶复合EVA胶膜及其制备方法，公开了一种用纳米银增强稀土复合胶膜的荧光方法,这种稀土复合胶膜由稀土氧化物纳米晶与乙烯-醋酸乙烯共聚物构成；中国专利公开号CN102964366A，2013年，徐海兵，张衍，焦鹏冲，邓建国，黄辉，具有集聚诱导荧光增强效应稀土配合物、探针及制备方法，公开了一种通过有机官能团“天线效应”将集聚诱导增强后的能量传递给稀土离子，从而获得稀土配合物的发光增强效应；中国专利公开号CN103411948A，2013年，王旭，王爱敬，赵冰，宋薇，阮伟东，陈雷，基于探针标记免疫金-磁性复合材料检测甲胎蛋白的SERS方法，公开了一种用金纳米粒子增强P-巯基苯甲酸拉曼峰检测甲胎蛋白的方法；中国专利授权公开号CN102206357B，2012年，汪长春，李菊梅，一种SERS标签微球及其制备方法，公开了一种表面银覆盖聚合物微球，然后通过化学吸附拉曼探针分子，再通过硅烷偶联剂包覆一层二氧化硅层，得到具有SERS效应的微球方法；中国专利授权公开号CN100520366C，2009年，马占芳，一种SERS生物探针及其制备方法，公开了一种二氧化硅颗粒表面覆盖金属纳米颗粒，金属纳米颗粒上连有拉曼信号分子，金属纳米颗粒层外又包裹一层二氧化硅，获得表面增强拉曼光谱的方法。以上这些文献大多使用金属银增强拉曼信号分子或者在各种膜中通过掺杂银增强稀土氧化物获得增强发光效应。本发明利用具有金属增强荧光效应的贵金属纳米粒子，在金属纳米粒子的表面直接修饰稀土配合物分子构成金属增强荧光的稀土发光粒子，产生高的发光强度，尚未见报道。

现有技术存在的不足：已报道的稀土发光粒子通过包裹多个稀土配合物分子获得更高的发光强度，每个稀土配合物分子的荧光强度没有被增强，相反，由于高浓度荧光分子存在自吸收现象，单个分子的荧光强度会被淬灭降低。现有金属增强荧光的应用是把染料分子固定在石英或硅片表面的金属薄膜上进行的，在溶液相中不能使用，这限制了生物医学上溶液相中的许多应用。

发明内容

发明目的：发明的目的是提供一种简便的、在溶液相中使用的、通过金属增强荧光效应获得高发光强度的稀土发光粒子的制备方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明通过下述技术方案实现：一种金属增强荧光的稀土发光粒子的制备方法，使用金属纳米粒子为基底，在金属纳米粒子的表面修饰稀土配合物构成金属增强荧光的稀土纳米粒子，具体步骤是：

第一步，制备柠檬酸根离子稳定的金属纳米粒子溶液；

第二步，在制备的柠檬酸根离子稳定的金属纳米粒子溶液中加入过量的稀土离子溶液，充分混合，溶液在搅拌下反应15分钟，离心分离，沉淀通过超声分散和离心分离的方法用纯水洗涤2-3次，金属纳米粒子重新分散于纯水中，加入过量的配体，在搅拌下反应10分钟，离心分离，沉淀通过超声分散和离心分离的方法用纯水洗涤2-3次，金属纳米粒子重新分散于柠檬酸钠溶液中得到金属增强荧光的稀土发光粒子。

其中，上述金属纳米粒子为金或银纳米粒子。

其中，上述柠檬酸根离子稳定的金纳米粒子溶液的制备方法是：将1mM50mL四氯金酸溶液加热至沸腾，立即加入38.8mM5mL新鲜配制的柠檬酸三钠溶液，保持溶液在沸腾状态下反应15分钟，再回流或搅拌反应10分钟，冷却至室温后备用。

其中，上述柠檬酸根离子稳定的银纳米粒子溶液的制备方法是：将1mL10mM的硝酸银溶液和1mL500mM的柠檬酸钠溶液加到47mL水中，磁力搅拌10分钟后，加入600μL10mM的新制备的NaBH₄溶液，搅拌下反应30分钟，4℃保存12小时后备用。

其中，上述稀土离子是铽离子（Tb³⁺）、铕离子（Eu³⁺）、钐离子（Sm³⁺）或镝离子（Dy³⁺）中的一种。

其中，上述配体是吡啶-2，6-二羧酸和四环素中的一种。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优点如下：现有金属增强荧光的应用是把染料分子固定在石英或硅片表面的金属薄膜上进行的，不能在溶液相中使用，这限制了生物医学上溶液相中的许多应用。本发明制备的金属基质的稀土发光粒子可应用于溶液相；与包裹或掺杂稀土配合物分子的纳米粒子相比，本发明制备的金属质的稀土发光粒子没有分子泄漏，粒子坚固，稳定性好；由于是稀土发光分子自身的荧光被金属显著增强，粒子的发光强度高；制备的方法简便，易于操作和掌握；制备的稀土发光粒子发光寿命长，能应用于时间分辨的荧光技术，在分子/离子传感、发光显示、成像等方面具有良好的应用前景。

附图说明

图1.金属增强荧光的稀土发光粒子的结构示意图；

图2.银增强荧光的铽发光粒子的透射电镜图；

图3.银增强荧光的铽发光粒子在N-2-羟乙基哌嗪-N'-2-乙磺酸（HEPES）缓冲液（100mM,pH7.5）中的荧光光谱图；

图4.银增强荧光的铕发光粒子在N-2-羟乙基哌嗪-N'-2-乙磺酸（HEPES）缓冲液（100mM,pH7.5）中的荧光光谱图；

图5.金增强荧光的铽发光粒子的透射电镜图；

图6.金增强荧光的铽发光粒子在N-2-羟乙基哌嗪-N'-2-乙磺酸（HEPES）缓冲液（100mM,pH7.5）中的荧光光谱图。

具体实施方式

下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

实施例1银增强荧光的铽发光粒子的制备

1mL硝酸银溶液（10mM）和1mL柠檬酸钠溶液(500mM）加到47mL水中，磁力搅拌10分钟后，加入600μL新制备的NaBH₄（10mM）溶液，搅拌下反应30分钟，4℃保存12小时使反应完全。在所制备的0.5mL银纳米粒子溶液中加入10mM100μL的Tb³⁺离子溶液，充分混合，溶液在搅拌下反应15分钟，离心除去未结合的Tb³⁺离子，沉淀通过超声分散和离心分离的方法用纯水洗涤2-3次，纳米粒子重新分散于纯水中，加入10mM300μL的配体吡啶-2，6-二羧酸（DPA），反应10分钟，离心除去未结合的DPA，沉淀通过超声分散和离心分离的方法用纯水洗涤2-3次后，重新悬浮于1mM的柠檬酸钠溶液中，生成AgNPs-Tb-DPA铽发光粒子溶液。

图1是制备的金属增强荧光的稀土发光粒子的结构示意图。图2是制备的银增强荧光的铽发光粒子AgNPs-Tb-DPA的透射电镜图，纳米粒子显球形，粒径约20nm。图3是银增强荧光的铽纳米粒子AgNPs-Tb-DPA在N-2-羟乙基哌嗪-N'-2-乙磺酸（HEPES）缓冲液（100mM，pH7.5）中的荧光光谱图，在490nm，545nm，584nm和621nm的发射峰是典型铽离子（Tb³⁺）的发射峰，与没有银增强荧光的铽配位物Tb-DPA相比，铽发光粒子的发光强度增强了近6倍。

实施例2：银增强荧光的铕发光粒子的制备

1mL硝酸银溶液（10mM）和1mL柠檬酸钠溶液(500mM)加到47mL水中，磁力搅拌10分钟后，加入600μL新制备的NaBH4（10mM）溶液，搅拌下反应30分钟，4℃保存12小时使反应完全。在所制备的80μL银纳米粒子溶液中加入10mM100μL的Eu³⁺离子溶液，充分混合，溶液在搅拌下反应15分钟，离心分离，沉淀用纯水通过超声分散和离心分离的方法洗涤2-3次，纳米粒子重新分散于纯水中，加入10mM300μL的配体四环素（Tc），反应10分钟，离心除去未结合的Tc，沉淀通过超声分散和离心分离的方法用纯水洗涤2-3次后，重新悬浮于1mM的柠檬酸钠溶液中，生成AgNPs-Eu-Tc铕发光粒子溶液。铕发光粒子的粒径约20nm。

图4是银增强荧光的铕发光粒子AgNPs-Eu-Tc在N-2-羟乙基哌嗪-N'-2-乙磺酸（HEPES）缓冲液（100mM，pH7.5）中的荧光光谱图，在490nm，545nm，584nm和621nm的发射峰是典型铕离子（Eu3+）的发射峰，与没有银增强荧光的铕配位物Eu-Tc相比，铕发光粒子的发光强度增强了约17倍。

实施例3：金增强荧光的铽发光粒子的制备

金纳米粒子制备采用柠檬酸三钠还原法。将1mM50mL四氯金酸溶液加热至沸腾，立即加入38.8mM5mL新鲜配制的柠檬酸三钠溶液，保持溶液在沸腾状态下反应15分钟，再回流或搅拌反应10分钟，冷却至室温。在所制备的1mL金纳米粒子溶液中加入50mM100μL的Tb³⁺离子溶液，充分混合，溶液在搅拌下反应15分钟，离心除去未结合的Tb³⁺离子，沉淀通过超声分散和离心分离的方法用纯水洗涤2-3次，纳米粒子重新分散于纯水中，加入50mM300μL的配体吡啶-2，6-二羧酸（DPA），反应10分钟，离心除去未结合的DPA，沉淀通过超声分散和离心分离的方法用纯水洗涤2-3次后，重新悬浮于1mM的柠檬酸钠溶液中，生成AuNPs-Tb-DPA铽发光粒子溶液。

图5是制备的金增强荧光的铽发光粒子AuNPs-Tb-DPA的透射电镜图，纳米粒子显球形，粒径约18nm。图6是金增强荧光的铽纳米粒子在N-2-羟乙基哌嗪-N'-2-乙磺酸（HEPES）缓冲液（100mM，pH7.5）中的荧光光谱图，在490nm，545nm，584nm和621nm的发射峰是典型铽离子（Tb³⁺）的发射峰，与没有金增强荧光的铽配位物Tb-DPA相比，铽发光粒子的发光强度增强了近3倍。

其它银或金增强荧光的稀土发光粒子的制备与上述条件相同，得到的结果亦类似。

Claims

1.一种金属增强荧光的稀土发光粒子的制备方法，其特征在于，使用金属纳米粒子为基底，在金属纳米粒子的表面修饰稀土配合物构成金属增强荧光的稀土纳米粒子，具体步骤是：

第一步，制备柠檬酸根离子稳定的金属纳米粒子溶液；

2.根据权利要求1所述的金属增强荧光的稀土发光粒子的制备方法，其特征在于，所述金属纳米粒子为金或银纳米粒子。

3.根据权利要求2所述的金属增强荧光的稀土发光粒子的制备方法，其特征在于，所述柠檬酸根离子稳定的金纳米粒子溶液的制备方法是：将1mM50mL四氯金酸溶液加热至沸腾，立即加入38.8mM5mL新鲜配制的柠檬酸三钠溶液，保持溶液在沸腾状态下反应15分钟，再回流或搅拌反应10分钟，冷却至室温后备用。

4.根据权利要求2所述的金属增强荧光的稀土发光粒子的制备方法，其特征在于，所述柠檬酸根离子稳定的银纳米粒子溶液的制备方法是：将1mL10mM的硝酸银溶液和1mL500mM的柠檬酸钠溶液加到47mL水中，磁力搅拌10分钟后，加入600μL10mM的新制备的NaBH₄溶液，搅拌下反应30分钟，4℃保存12小时后备用。

5.根据权利要求1所述的金属增强荧光的稀土发光粒子的制备方法，其特征在于，所述稀土离子是铽离子（Tb³⁺）、铕离子（Eu³⁺）、钐离子（Sm³⁺）或镝离子（Dy³⁺）中的一种。

6.根据权利要求1所述的金属增强荧光的稀土发光粒子的制备方法，其特征在于，所述配体是吡啶-2，6-二羧酸和四环素中的一种。