CN105754600B - 一种铕离子激活的核-壳-壳结构纳米荧光探针及其制备方法和应用 - Google Patents

一种铕离子激活的核-壳-壳结构纳米荧光探针及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种铕离子激活的核‑壳‑壳结构纳米荧光探针制备方法和应用。该纳米荧光探针通过高温共沉淀分步外延生长法制备，是由内核、内壳层和外壳层三部分组成，其内核和内壳层用于产生强的铕离子红色上转换发光并进行肿瘤标志物的铕离子上转换发光体外检测，外壳层用于产生解离增强的铕离子红色下转移发光并进行肿瘤标志物的下转移发光体外检测，该检测可用作一个内参比以评价上转换发光体外检测的可靠性和准确性。

Description

一种铕离子激活的核-壳-壳结构纳米荧光探针及其制备方法 和应用
技术领域
本发明属于纳米生物材料技术领域，尤其是涉及一种铕离子激活的核-壳-壳结构纳米荧光探针及其制备方法和应用。
背景技术
近年来，稀土无机纳米发光材料得到广泛关注，这些材料在三维立体显示、防伪技术、太阳能电池、生物医学成像等领域都体现出极大的应用前景，其中最引人注目的是最近兴起的稀土无机纳米发光材料作为荧光探针在生物标记领域的应用。与传统的荧光标记材料(例如荧光染料与量子点)相比，稀土掺杂无机纳米发光材料具有良好的光化学稳定性、长荧光寿命、可调谐荧光发射波长等优点，是目前普遍看好的新一代荧光生物标记材料。在各种稀土离子中，三价铕离子由于电子能级间隔较大，其红色发光与其它稀土离子相比具有更长的荧光寿命，因而更难于受到外界环境的影响而发生荧光淬灭现象，已经在荧光生物标记领域展现出很好的应用前景。但目前的研究主要集中于紫外光激发下铕离子激活的红色下转移发光纳米荧光标记材料，对于具有铕离子激活的红色上转换发光纳米荧光标记材料的应用研究几乎没有触及。这主要是因为基于铕离子独特的电子能级结构，很难通过铕、镱离子共掺杂的常规方式来实现其红色上转换发光。针对这一难题，2010年我们通过合理的结构设计，在六方相氟钆化钠核-壳结构纳米晶中首次实现了铕离子强的上转换发光(参考文献：Liu Yongsheng et al.,A Strategy to Achieve Efficient Dual-ModeLuminescence of Eu3+ in Lanthanides Doped Multifunctional NaGdF4 Nanocrystals,Adv.Mater.,22,3266-3271(2010))。由于铕离子上转换发光兼具近红外光激发和长荧光寿命优点，基于铕离子激活的纳米荧光探针预期在无背景干扰的肿瘤标志物荧光体外检测等领域有广阔的应用前景。
发明内容
本发明涉及一种铕离子激活的核-壳-壳结构纳米荧光探针及其制备方法和应用。该纳米荧光探针包括内核、内壳层和外壳层三部分；其内核和内壳层用于产生强的铕离子红色上转换发光并进行肿瘤标志物的铕离子上转换发光体外检测；外壳层除了用于内壳层铕离子上转换发光的保护层以外，还可以用于产生解离增强的铕离子红色下转移发光，并进行肿瘤标志物的下转移发光体外检测，该检测可用作一个内参比以评价上转换发光体外检测的可靠性和准确性。
本发明的技术方案如下：
一种铕离子激活的核-壳-壳结构纳米荧光探针，其特征在于，该纳米荧光探针包括六方相NaGdF4:Yb/Tm纳米晶内核、六方相NaGdF4:Eu内壳层、六方相NaEuF4外壳层三部分。
根据本发明，所述的铕离子激活的核-壳-壳结构纳米荧光探针为水溶性六方相NaGdF4:Yb/Tm@NaGdF4:Eu@NaEuF4核-壳-壳结构纳米晶，其粒径优选为15～50纳米，更优选为20～30纳米。
根据本发明，所述的六方相NaGdF4:Yb/Tm纳米晶内核粒径为10～20纳米，优选为12～15纳米。
根据本发明，所述的六方相NaGdF4:Yb/Tm纳米晶内核中镱离子(Yb)和铥离子(Tm)的掺杂摩尔浓度分别为5～49％、0.5～2％，优选为20～49％和0.5～1％。
根据本发明，所述的六方相NaGdF4:Eu内壳层厚度为0～15纳米，其中不包括0，优选为5～10纳米。
根据本发明，所述的六方相NaGdF4:Eu内壳层中铕离子(Eu)掺杂摩尔浓度为5～30％，优选为10～15％。
根据本发明，所述的NaEuF4外壳层厚度为0～10纳米，其中不包括0，优选为3～5纳米。
根据本发明，所述铕离子激活的核-壳-壳结构纳米荧光探针的外壳层表面还具有生物素分子。
本发明还提供上述铕离子激活的核-壳-壳结纳米荧光探针的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备所述的六方相NaGdF4:Eu内壳层前驱体纳米晶；
(2)制备所述的六方相NaEuF4外壳层前驱体纳米晶；
(3)制备所述的六方相NaGdF4:Yb/Tm@NaGdF4:Eu@NaEuF4核-壳-壳结构纳米晶；
任选的，(4)对步骤(3)中所述的核-壳-壳结构纳米晶进行表面改性和生物素化，以获得生物素化的核-壳-壳结构纳米荧光探针。
根据本发明，所述的步骤(1)中六方相NaGdF4:Eu内壳层前驱体纳米晶通过高温共沉淀法制备，所述方法包括：将一定配比的醋酸钆和醋酸铕与油酸和十八烯的混合溶剂混合，使上述醋酸盐完全溶解，然后加入溶有氟化铵和氢氧化钠的甲醇溶液，在惰性气氛下升温至270～300℃，反应得到六方相NaGdF4:Eu壳层前驱体纳米晶。
根据本发明，所述步骤(1)中六方相NaGdF4:Eu内壳层前驱体纳米晶的具体制备包括：室温下称取一定配比的醋酸钆和醋酸铕至反应容器中，加入油酸和十八烯的混合溶剂，在惰性气氛下加热升温至120～180℃将上述醋酸盐完全溶解后冷却到室温，然后加入适量溶有氟化铵和氢氧化钠的甲醇溶液，在惰性气氛下升温至50℃，保温至甲醇除净，继续升温至280～290℃，反应完成0.5～1小时后自然冷却到室温，沉淀并洗涤，得到六方相NaGdF4:Eu壳层前驱体纳米晶。
根据本发明，上述步骤中醋酸钆、醋酸铕、氟化铵和氢氧化钠中的各元素的摩尔比例为0.80～0.95钆：0.20～0.05铕：4氟：1～4钠。
根据本发明，上述步骤中混合溶剂中油酸和十八烯的摩尔比例为1油酸：1～4十八烯。
根据本发明，所述的步骤(2)中六方相NaEuF4外壳层前驱体纳米晶通过高温共沉淀法制备，包括：将一定量醋酸铕与油酸和十八烯的混合溶剂混合，使上述醋酸盐完全溶解，然后加入溶有氟化铵和氢氧化钠的甲醇溶液，升温至270～300℃，反应得到六方相NaEuF4外壳层前驱体纳米晶。
根据本发明，所述的步骤(2)中六方相NaEuF4外壳层前驱体纳米晶的具体制备方法包括：室温下称取一定量醋酸铕至反应容器中，加入油酸和十八烯的混合溶剂，在惰性气氛下加热升温至120～180℃将上述醋酸盐完全溶解后冷却到室温，然后加入适量溶有氟化铵和氢氧化钠的甲醇溶液，在惰性气氛下升温至50℃，保温至甲醇除净后继续升温至280～290℃，反应完成0.5～1小时后自然冷却到室温，沉淀并洗涤，得到六方相NaEuF4外壳层前驱体纳米晶。
根据本发明，上述步骤中醋酸铕、氟化铵和氢氧化钠中的各元素的摩尔比例为1铕：4氟：1～4钠。
根据本发明，上述步骤中混合溶剂中油酸和十八烯的摩尔比例为1油酸：1～4十八烯。
根据本发明，所述步骤(3)中六方相NaGdF4:Yb/Tm@NaGdF4:Eu@NaEuF4核-壳-壳结构纳米晶通过高温共沉淀分步外延生长法制备，包括：将一定配比的醋酸钆、醋酸镱和醋酸铥，与油酸和十八烯的混合溶剂混合，使上述醋酸盐完全溶解，然后加入溶有氟化铵和氢氧化钠的甲醇溶液，升温至280～320℃；然后，将溶有六方相NaGdF4:Eu内壳层前驱体纳米晶的十八烯溶液加入到上述溶液中；之后再将溶有NaEuF4外壳层前驱体纳米晶的十八烯溶液加入到该溶液中，得到油溶性六方相NaGdF4:Yb/Tm@NaGdF4:Eu@NaEuF4核-壳-壳结构纳米晶。
根据本发明，所述步骤(3)中六方相NaGdF4:Yb/Tm@NaGdF4:Eu@NaEuF4核-壳-壳结构纳米晶的具体制备方法包括：室温下称取一定配比的醋酸钆、醋酸镱和醋酸铥至反应容器中，加入油酸和十八烯的混合溶剂，在惰性气氛下加热升温至120～180℃将上述醋酸盐完全溶解后冷却到室温，然后加入溶有氟化铵和氢氧化钠的甲醇溶液，在惰性气氛下升温至50℃，保温至甲醇除净后继续升温至290～310℃，反应完成0.5～1小时后，将适量溶有六方相NaGdF4:Eu内壳层前驱体纳米晶的十八烯溶液分批次注射到反应溶液中，每次注射都要在290～310℃保温15～30分钟；待到NaGdF4:Eu壳层前驱体纳米晶注射完后，将适量溶有NaEuF4外壳层前驱体纳米晶的十八烯溶液分批次注射到反应溶液中，每次注射都要在290～310℃保温15～30分钟；反应完成后自然冷却到室温，沉淀并洗涤，得到油溶性六方相NaGdF4:Yb/Tm@NaGdF4:Eu@NaEuF4核-壳-壳结构纳米晶。
根据本发明，上述步骤中醋酸钆、醋酸镱、醋酸铥、氟化铵和氢氧化钠中的各元素的摩尔比例为0.50-0.89钆：0.49～0.10镱：0.005～0.01铥：4氟：1～4钠。
根据本发明，上述步骤中混合溶剂中油酸和十八烯的摩尔比例为1油酸：1～4十八烯。
根据本发明，所述的步骤(4)对油溶性的核-壳-壳结构纳米晶进行表面改性和生物素化的制备方法步骤包括：将步骤(3)得到的油溶性的核-壳-壳结构纳米晶溶于盐酸乙醇溶液中，除去纳米晶表面的油酸，得到表面无配体修饰的核-壳-壳结构纳米晶；将上述纳米晶与水混合，再加入生物素和氨水，得到生物素化的铕离子激活的核-壳-壳结纳米荧光探针。
根据本发明，所述步骤(4)对油溶性的核-壳-壳结构纳米晶进行表面改性和生物素化的制备方法具体包括如下步骤：称取步骤(3)合成的油溶性的核-壳-壳结构纳米晶10mg溶于15ml 0.1mol/L的盐酸乙醇溶液中，超声30分钟，离心收集纳米颗粒，再用无水乙醇洗涤三次，除去纳米晶表面的油酸，得到表面无配体修饰的核-壳-壳结构纳米晶，将上述纳米晶溶入1ml去离子水再加入1mmol的生物素和2滴氨水，超声30分钟，用去离子水离心洗涤三次，得到生物素化的铕离子激活的核-壳-壳结纳米荧光探针。
本发明所述的铕离子激活的核-壳-壳结构纳米荧光探针在980nm激发光照射下具有高效的铕离子红色上转换发光。该核-壳-壳结构不仅能够有效降低稀土离子之间因交叉弛豫能量传递过程而引起的能量损耗，而且NaEuF4的外壳层还可以保护内壳层铕离子上转换发光，使其免于外界环境的淬灭影响。
本发明所述核-壳-壳结构纳米荧光探针与增强液(增强液含有：Triton X-100，萘甲酰三氟丙酮(β-NTA)，三正辛基氧膦(TOPO))混合后，在340nm激发光激发下能产生解离增强的铕离子红色下转移发光。该解离增强的铕离子红色下转移发光强度是同等浓度条件下该探针水溶液的十万倍，这主要是因为该纳米荧光探针与增强液混合时能产生具有超强红色发光性能的β-NTA-Eu3+-TOPO配合物。
本发明进一步提供了上述铕离子激活的核-壳-壳结构纳米荧光探针在生物技术领域中的应用。优选用于肿瘤标志物的体外检测。
本发明还提供一种时间分辨试剂盒，其特征在于，所述试剂盒包括本发明所述的核-壳-壳结构纳米荧光探针。
本发明的有益效果在于：
1)受益于NaEuF4外壳层的保护和核-壳-壳结构的优点，铕离子激活的核-壳-壳结构纳米荧光探针在980-nm近红外光激发下可以产生强的铕离子红色上转换发光，从而使得该探针成为一种理想的基质材料应用于无背景干扰的肿瘤标志物上转换发光体外生物检测和上转换细胞成像领域，特别是肿瘤标志物的上转换发光检测。由于采用980-nm近红外光作为激发光源，待检测的肿瘤标志物等生物样品在此光谱波段几乎无吸收，因而可以实现无背景干扰的体外检测，极大的提高了检测的灵敏度。
2)由于NaEuF4外壳层具有较高的铕离子标记比率，当该纳米荧光探针与增强液混合时，可以产生大量的具有超强红色发光性能的β-NTA-Eu3+-TOPO配合物，因而大大增强了铕离子红色下转移发光，进而可以实现肿瘤标志物的铕离子解离增强的下转移发光体外检测，鉴于铕离子解离增强的下转移发光体外检测方法比较成熟可靠，因而可以充当一个内参比，来评价基于同一纳米荧光探针而实现上转换发光体外检测的可靠性和准确度。
3)相对于核-壳结构，本申请的核-壳-壳结构具有更好的解离增强发光性能，并且其上、下转换发光检测的效果都更好。
4)本发明使用高温共沉淀分步外延生长法制备了一种铕离子激活的核-壳-壳结构纳米荧光探针，该合成方法条件容易控制，重复性好，制备出的纳米荧光探针分散性、均一性和重复性都很好。
附图说明
图1中的a)和b)分别为实施例1中六方相NaGdF4:15％Eu内壳层前驱体纳米晶的X射线粉末衍射图和透射电镜图；
图2中的a)和b)分别为实施例1中六方相NaEuF4外壳层前驱体纳米晶的X射线粉末衍射图和透射电镜图；
图3中的a)、b)和c)分别为实施例1中油溶性的六方相NaGdF4:20％Yb/1％Tm@NaGdF4:15％Eu@NaEuF4核-壳-壳结构纳米晶的低分辨透射电镜图、高分辨透射电镜图和X射线粉末衍射图；
图4中的a)、b)和c)分别为实施例1中油溶性的六方相NaGdF4:20％Yb/1％Tm@NaGdF4:15％Eu@NaEuF4核-壳-壳结构纳米晶在980-nm激发光激发下的上转换发光发射谱、激发谱谱图以及发光照片图；
图5为实施例1中油溶性的六方相NaGdF4:20％Yb/1％Tm@NaGdF4:15％Eu@NaEuF4核-壳-壳结构纳米晶在273-nm激发光激发下的下转移发光发射谱和激发谱谱图；
图6中的a)和b)分别为实施例1中生物素化的NaGdF4:20％Yb/1％Tm@NaGdF4:15％Eu@NaEuF4核-壳-壳结构纳米晶透射电镜图和粒径分布柱状图；
图7中的a)、b)和c)分别为实施例1中生物素化的NaGdF4:20％Yb/1％Tm@NaGdF4:15％Eu@NaEuF4核-壳-壳结构纳米晶与增强液混合前后的发光照片、发射谱谱图以及荧光寿命对比图；
图8为实施例2中基于生物素化的铕离子激活的核壳壳结构纳米荧光探针的上转换发光和解离增强下转移发光检测甲胎蛋白AFP抗原原理示意图；
图9为实施例2中上转换发光检测甲胎蛋白AFP抗原标准曲线图；
图10为实施例2中解离增强下转移发光检测甲胎蛋白AFP抗原标准曲线图；
图11为实施例2中分别使用上转换发光检测和解离增强下转移发光检测方法对20例血清样品检测中AFP浓度的相关系数图；
图12为实施例2中分别使用上转换发光检测和市售时间分辨检测试剂盒对20例血清样品检测中AFP浓度的相关系数图；
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。但不应将这些实施例解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
实施例1
利用高温共沉淀分步外延生长法制备铕离子激活的NaGdF4:20％Yb/1％Tm@NaGdF4:15％Eu@NaEuF4核-壳-壳结构纳米荧光探针：
(1)制备六方相NaGdF4:15％Eu内壳层前驱体纳米晶
室温下称取0.1728g醋酸钆和0.030g醋酸铕至三孔烧瓶，加入4mL油酸和8mL十八烯作为溶剂，在惰性气氛下加热升温至150℃将上述醋酸盐完全溶解后自然冷却到室温，得到澄清溶液；将溶有0.084g氟化铵和0.06g氢氧化钠的5mL甲醇溶液逐滴滴加到上述溶液中，升温到50℃，保温至甲醇排净，然后再惰性气氛下升温至290℃，保温30分钟后自然冷却到室温，沉淀并洗涤，得到六方相NaGdF4:15％Eu内壳层前驱体纳米晶。
从图1a)中可以看出，该纳米晶具有良好的结晶性，其衍射峰位置和相对强度与NaGdF4的PDF标准卡片(JCPDS NO.27-0699)一致，属于六方晶系。
如图1b)所示，该纳米晶分散性好、形貌均一，粒径约为6nm。
(2)制备六方相NaEuF4外壳层前驱体纳米晶
室温下称取0.20g醋酸铕至三孔烧瓶，加入4mL油酸和8mL十八烯作为溶剂，在惰性气氛下加热升温至150℃将上述醋酸盐完全溶解后自然冷却到室温，得到澄清溶液；将溶有0.084g氟化铵和0.06g氢氧化钠的5mL甲醇溶液逐滴滴加到上述溶液中，升温到50℃，保温至甲醇排净，然后在惰性气氛下升温至290℃，保温30分钟后自然冷却到室温，沉淀并洗涤，得到六方相NaEuF4外壳层前驱体纳米晶。
从图2a)中可以看出，该纳米晶具有良好的结晶性，其衍射峰位置和相对强度与NaEuF4的PDF标准卡片(JCPDS NO.49-1897)一致，属于六方晶系。
如图2b)所示，该纳米晶分散性好、形貌均一，粒径约为6nm。
(3)通过高温共沉淀分步外延生长法制备油溶性的六方相NaGdF4:20％Yb/1％Tm@NaGdF4:15％Eu@NaEuF4核-壳-壳结构纳米晶
室温下称取0.161g醋酸钆、0.042g醋酸镱和0.002g醋酸铥至三孔烧瓶中，加入4mL油酸和8mL十八烯作为溶剂，在惰性气氛下加热升温至150℃，将上述醋酸盐完全溶解后自然冷却到室温，得到澄清溶液；将溶有0.084g氟化铵和0.06g氢氧化钠的5mL甲醇溶液逐滴滴加到上述溶液中，升温到50℃，保温至甲醇排净，然后在惰性气氛下升温至300℃，保温40分钟后，将溶有0.1mmol NaGdF4:15％Eu内壳层前驱体纳米晶的1mL十八烯溶液注入到上述溶液中，在300℃保温15分钟，然后重复上述注射步骤4次，然后再注射溶有0.1mmol NaEuF4外壳层前驱体纳米晶的1mL十八烯溶液5次，每次保温15分钟，待反应完成后自然冷却到室温，沉淀并洗涤，得到油溶性六方相NaGdF4:20％Yb/1％Tm@NaGdF4:15％Eu@NaEuF4核-壳-壳结构纳米晶。
如图3a)所示，铕离子激活的核-壳-壳结构纳米晶具有良好的结晶性，其衍射峰位置和相对强度与NaGdF4的PDF标准卡片(JCPDS NO.27-0699)一致，属于六方晶系。
如图3b)和3c)所示，铕离子激活的核-壳-壳结构纳米晶分散性好、形貌均一，粒径约为22nm。
如图4)所示，在980nm光源激发下，油溶性核-壳-壳结构纳米晶发射出主峰位于615nm处的明亮红色上转换发光，对应于Eu3+离子5D0-7F2电偶极跃迁。
如图5)所示，在273nm光源激发下，油溶性六方相NaGdF4:20％Yb/1％Tm@NaGdF4:15％Eu@NaEuF4核-壳-壳结构纳米晶发射出主峰位于615nm处的明亮红色下转移发光，对应于Eu3+离子5D0-7F2电偶极跃迁。
(4)油溶性六方相NaGdF4:20％Yb/1％Tm@NaGdF4:15％Eu@NaEuF4核-壳-壳结构纳米晶表面改性和生物素化
称取步骤(3)合成的油溶性的核-壳-壳结构纳米晶10mg溶于15ml 0.1mol/L的盐酸乙醇溶液中，超声30分钟，离心收集纳米颗粒，再用无水乙醇洗涤三次，除去纳米晶表面的油酸，得到水溶性核-壳-壳结构纳米晶；将上述水溶性核-壳-壳结构纳米晶溶入1ml去离子水中，再加入1mmol的生物素和2滴氨水，超声20分钟，用去离子水离心洗涤三次，得到生物素化的NaGdF4:20％Yb/1％Tm@NaGdF4:15％Eu@NaEuF4核-壳-壳结纳米荧光探针。
如图6a)和6b)所示，生物素化的核-壳-壳结纳米荧光探针分散性好、形貌均一，粒径约为22nm。
如图7a)、7b)和7c)所示，当生物素化的核-壳-壳结纳米荧光探针与增强液混合时，混合液在370nm光源激发下，发射出主峰位于615nm处的明亮的解离增强铕离子红色下转移发光，其发光强度是混合前溶液发光强度的十万倍。这主要是因为生物素化的核-壳-壳结纳米荧光探针与增强液混合时能产生大量具有超强红色发光性能的β-NTA-Eu3+-TOPO配合物。
实施例2
基于双抗夹心法，利用实施例1中制备的铕离子激活的核-壳-壳结构纳米荧光探针，进行原发性肝癌标志物甲胎蛋白(AFP)铕离子上转换发光和解离增强的下转移发光体外检测，见图8检测原理示意图。
(a)包被：用0.1mol/L的碳酸盐缓冲液将AFP抗原的抗体稀释至10μg/mL，在96孔聚苯乙烯微孔板中，每孔加入100μL，37℃孵育1小时，弃去孔内液体，用PBST洗涤缓冲液洗3次。
(b)封闭：用0.1mol/L的碳酸盐缓冲液配制0.1％的乙醇胺，每孔加入300μL，37℃孵育1小时，去孔内液体，用PBST洗涤缓冲液洗3次。
(c)加样：用PBS缓冲液配制0-4000ng/mL的AFP抗原系列标准溶液，使其浓度分别为：0ng/mL、0.009ng/mL、0.0038ng/mL、0.01525ng/mL、0.061ng/mL、0.2441ng/mL、0.9765ng/mL、3.906ng/mL、15.625ng/mL、62.5ng/mL、250ng/mL、1000ng/mL、4000ng/mL的标准品，37℃孵育1小时，弃去孔内液体，用PBST洗涤缓冲液洗3次。
(d)加生物素化的抗体：用PBS缓冲液配制2μg/mL的生物素化AFP抗体，每孔加入100μL，37℃孵育1小时，弃去孔内液体，用PBST洗涤缓冲液洗3次。
(e)加亲和素(avidin)：用PBS缓冲液配制10μg/ml的亲和素，每孔加入100μl，37℃孵育1小时，弃去孔内液体，用PBST洗涤缓冲液洗3次。
(f)加生物素化的核-壳-壳结纳米荧光探针：用PBS缓冲液配制20μg/mL的实施例1(步骤4)所得的生物素化的NaGdF4:20％Yb/1％Tm@NaGdF4:15％Eu@NaEuF4核-壳-壳结纳米荧光探针，每孔加入100μL，37℃孵育1小时，弃去孔内液体，用PBST洗涤缓冲液洗6次。
(g)铕离子上转换发光检测：将微孔板用980nm激发光激发，用多功能读板机收集每个孔中铕离子位于615nm的红色上转换发光信号。
(h)绘制标准曲线：以AFP抗原标准溶液浓度为横坐标，以每一种浓度的标准溶液对应的铕离子上转换发光强度为纵坐标，绘制浓度-上转换发光强度标准曲线，见图9所示。在0.01-60ng/mL范围内，AFP抗原的浓度与铕离子上转换发光强度成线性相关，y＝147.1x+580，R2＝0.99。以空白平均值加3倍标准差来估算最低检测限为20pg/mL。本发明的检测灵敏度比市售时间分辨AFP原检测试剂盒高30倍。
(i)待测样品的测定：在步骤(c)中加入100μl待测样品，其他步骤同上，将待测样品的铕离子上转换发光强度带入步骤(h)得到的浓度-上转换发光强度标准曲线方程，求得相应的浓度值。
(j)配置增强溶液：称取1g Triton X-100，26.6mg萘甲酰三氟丙酮(β-NTA)，193mg三正辛基氧膦(TOPO)，加入蒸馏水定容至1L，用冰醋酸调节pH值至2.76。
(k)解离增强铕离子下转移发光检测：待上转换发光检测完成后，将步骤(g)中的微孔板每孔加入300μl增强液，孵育4分钟，采用时间分辨检测每个孔中铕离子位于615nm的红色下转移发光信号，具体参数为：激发波长340nm，发射波长615nm，延迟时间250μs。
(l)绘制标准曲线：以AFP抗原标准溶液浓度为横坐标，以每一种浓度的标准溶液对应的解离增强的铕离子下转移发光强度为纵坐标，绘制浓度-下转移发光强度标准曲线，见图10所示。在0.01-60ng/mL范围内，AFP抗原的浓度与铕离子解离增强下转移发光强度成线性相关，y＝33.6x+763.8，R2＝0.98。以空白平均值加3倍标准差来估算最低检测限为60pg/mL。
(m)待测样品的测定：在步骤(i)待测样品的微孔中加入300μl增强液，其他步骤同上，将待测样品的下转移发光强度带入步骤(l)得到的浓度-下转移发光强度标准曲线方程，求得相应的浓度值。
(n)上转换发光检测和下转移发光检测相关性比较
在步骤(c)中加入100μl 20例正常人或肝癌病人血清样品，其他步骤同上，将检测到的血清样品铕离子上转换发光强度带入步骤(h)得到的浓度-上转换发光强度标准曲线方程，同时将检测到的血清样品铕离子解离增强下转移发光强度带入步骤(l)浓度-下转移发光强度标准曲线方程，分别得到20例血清样品上转换发光检测和解离增强下转移发光检测对应的浓度值；将上转换发光检测得到的浓度值作为纵坐标，将解离增强下转移发光检测得到的浓度值作为横坐标，绘制相关性坐标图(图11)，然后线性拟合。见图11所示，得到的两组成线性相关，y＝1.02x–0.69，拟合系数方差r＝0.97，即两种检测的相关系数为0.97，说明两种检测方法都具有很好的可靠性。
(o)上转换发光检测和时间分辨试剂盒检测相关性比较
在步骤(n)中20例正常人或肝癌病人血清样品按照时间分辨试剂盒进行检测，按照说明书操作，得到血清样品中AFP浓度，将试剂盒确定的AFP浓度作为横坐标，将步骤(n)中得到的上转换发光检测AFP浓度作为纵坐标，绘制相关性坐标图(图12)，然后线性拟合。见图12所示，得到的两组AFP浓度成线性相关，y＝0.91x–0.1，拟合系数方差r＝0.98，即两种检测的相关系数为0.98，说明上转换发光检测具有时间分辨检测试剂盒一样的AFP检测可靠性。

Claims (25)

1.一种铕离子激活的核-壳-壳结构纳米荧光探针，其特征在于，该纳米荧光探针包括六方相NaGdF4:Yb/Tm纳米晶内核、六方相NaGdF4:Eu内壳层、六方相NaEuF4外壳层。
2.根据权利要求1所述的纳米荧光探针，其特征在于，所述的NaEuF4外壳层外表面还具有生物素分子。
3.根据权利要求1或2所述的纳米荧光探针，其特征在于，所述的NaGdF4:Yb/Tm纳米晶内核中镱离子(Yb)和铥离子(Tm)的掺杂摩尔浓度分别为5～49％和0.5～2％。
4.根据权利要求3所述的纳米荧光探针，其特征在于，所述的NaGdF4:Yb/Tm纳米晶内核中镱离子(Yb)和铥离子(Tm)的掺杂摩尔浓度分别为20～49％和0.5～1％。
5.根据权利要求1或2所述的纳米荧光探针，其特征在于，所述的NaGdF4:Eu内壳层中铕离子(Eu)的掺杂摩尔浓度为5～30％。
6.根据权利要求5所述的纳米荧光探针，其特征在于，所述的NaGdF4:Eu内壳层中铕离子(Eu)的掺杂摩尔浓度为10～15％。
7.根据权利要求1或2所述的纳米荧光探针，其特征在于，所述荧光探针的粒径为15～50nm。
8.根据权利要求7所述的纳米荧光探针，其特征在于，所述荧光探针的粒径为20～30nm。
9.根据权利要求1或2所述的纳米荧光探针，其特征在于，所述的NaGdF4:Yb/Tm纳米晶内核粒径为10～20纳米。
10.根据权利要求9所述的纳米荧光探针，其特征在于，所述的NaGdF4:Yb/Tm纳米晶内核粒径为12～15纳米。
11.根据权利要求1或2所述的纳米荧光探针，其特征在于，所述的NaGdF4:Eu内壳层厚度为0～15纳米，其中不包括0。
12.根据权利要求11所述的纳米荧光探针，其特征在于，所述的NaGdF4:Eu内壳层厚度为5～10纳米。
13.根据权利要求1或2所述的纳米荧光探针，其特征在于，所述的NaEuF4外壳层厚度为0～10纳米，其中不包括0。
14.根据权利要求13所述的纳米荧光探针，其特征在于，所述的NaEuF4外壳层厚度为3～5纳米。
15.根据权利要求1-14中任一项所述的纳米荧光探针的制备方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
(1)、制备所述的六方相NaGdF4:Eu内壳层前驱体纳米晶；
(2)、制备所述的六方相NaEuF4外壳层前驱体纳米晶；
(3)、制备所述油溶性的六方相NaGdF4:Yb/Tm@NaGdF4:Eu@NaEuF4核-壳-壳结构纳米晶；
任选的，(4)、对步骤(3)中得到的油溶性的核-壳-壳结构纳米晶进行表面改性和生物素化，以获得生物素化的核-壳-壳结构纳米荧光探针。
16.根据权利要求15所述的纳米荧光探针的制备方法，其特征在于，所述的步骤(1)中六方相NaGdF4:Eu内壳层前驱体纳米晶的制备方法包括：将一定配比的醋酸钆和醋酸铕与油酸和十八烯的混合溶剂混合，使上述醋酸盐完全溶解，然后加入溶有氟化铵和氢氧化钠的甲醇溶液，在惰性气氛下升温至270～300℃，反应得到六方相NaGdF4:Eu壳层前驱体纳米晶。
17.根据权利要求16所述的纳米荧光探针的制备方法，其特征在于，所述步骤中醋酸钆、醋酸铕、氟化铵和氢氧化钠中的各元素的摩尔比例为0.80～0.95钆：0.20～0.05铕：4氟：1～4钠；所述步骤中混合溶剂中油酸和十八烯的摩尔比例为1油酸：1～4十八烯。
18.根据权利要求15所述的纳米荧光探针的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中六方相NaEuF4外壳层前驱体纳米晶的制备方法包括：将一定量醋酸铕与油酸和十八烯的混合溶剂混合，使上述醋酸盐完全溶解，然后加入溶有氟化铵和氢氧化钠的甲醇溶液，升温至270～300℃，反应得到六方相NaEuF4外壳层前驱体纳米晶。
19.根据权利要求18所述的纳米荧光探针的制备方法，其特征在于，所述步骤中醋酸铕、氟化铵和氢氧化钠中的各元素的摩尔比例为1铕：4氟：1～4钠；所述步骤中混合溶剂中油酸和十八烯的摩尔比例为1油酸：1～4十八烯。
20.根据权利要求15所述的纳米荧光探针的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中六方相NaGdF4:Yb/Tm@NaGdF4:Eu@NaEuF4核-壳-壳结构纳米晶的制备方法包括：将一定配比的醋酸钆、醋酸镱和醋酸铥，与油酸和十八烯的混合溶剂混合，使上述醋酸盐完全溶解，再加入溶有氟化铵和氢氧化钠的甲醇溶液，升温至280～320℃；然后，将溶有六方相NaGdF4:Eu内壳层前驱体纳米晶的十八烯溶液加入到上述溶液中；之后再将溶有NaEuF4外壳层前驱体纳米晶的十八烯溶液加入到该溶液中，得到油溶性六方相NaGdF4:Yb/Tm@NaGdF4:Eu@NaEuF4核-壳-壳结构纳米晶。
21.根据权利要求20所述的纳米荧光探针的制备方法，其特征在于，所述步骤中醋酸钆、醋酸镱、醋酸铥、氟化铵和氢氧化钠中的各元素的摩尔比例为0.50-0.89钆：0.49～0.10镱：0.005～0.01铥：4氟：1～4钠；所述步骤中混合溶剂中油酸和十八烯的摩尔比例为1油酸：1～4十八烯。
22.根据权利要求15所述的纳米荧光探针的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)对油溶性的核-壳-壳结构纳米晶进行表面改性和生物素化的制备方法步骤包括：将步骤(3)得到的油溶性的核-壳-壳结构纳米晶溶于盐酸乙醇溶液中，除去纳米晶表面的油酸，得到表面无配体修饰的核-壳-壳结构纳米晶；将上述纳米晶与水混合，再加入生物素和氨水，得到生物素化的铕离子激活的核-壳-壳结纳米荧光探针。
23.一种权利要求1至14中任一项所述的纳米荧光探针在生物技术领域中的应用。
24.根据权利要求23所述的应用，其特征在于，用于肿瘤标志物的体外检测。
25.一种时间分辨试剂盒，其特征在于，所述试剂盒包括权利要求1-14任一项所述的核-壳-壳结构纳米荧光探针。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107748147B (zh) * 2017-10-09 2020-10-23 合肥工业大学 一种白色发光的上转换纳米颗粒及基于其的同时实现多组分肿瘤标志物检测的试纸条
CN108469445B (zh) * 2018-03-29 2020-09-01 福州大学 用于无背景检测血液中癌症抗原含量的基于x射线激发的镧系荧光纳米粒子的试剂盒及制备
CN113122254B (zh) * 2021-04-20 2022-05-24 中国计量大学上虞高等研究院有限公司 一种荧光探针材料及其制备方法和应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5286517A (en) * 1991-02-24 1994-02-15 Nec Research Institute, Inc. A process for making an electroluminescent cell using a ZnS host including molecules of a ternary europium tetrafluoride compound
CN102191061A (zh) * 2010-03-18 2011-09-21 中国科学院福建物质结构研究所 一种基于铕离子双模式发光的NaGdF4多功能荧光标记纳米材料
CN103911143A (zh) * 2014-04-10 2014-07-09 合肥工业大学 一种NaReF4核壳结构纳米材料的制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ATE346898T1 (de) * 2003-04-30 2006-12-15 Nanosolutions Gmbh Kern-mantel nanoteilchen für (f) ret- testverfahren

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5286517A (en) * 1991-02-24 1994-02-15 Nec Research Institute, Inc. A process for making an electroluminescent cell using a ZnS host including molecules of a ternary europium tetrafluoride compound
CN102191061A (zh) * 2010-03-18 2011-09-21 中国科学院福建物质结构研究所 一种基于铕离子双模式发光的NaGdF4多功能荧光标记纳米材料
CN103911143A (zh) * 2014-04-10 2014-07-09 合肥工业大学 一种NaReF4核壳结构纳米材料的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A Strategy to Achieve Effi cient Dual-Mode Luminescence of Eu3+ in Lanthanides Doped Multifunctional NaGdF4 Nanocrystals;Yongsheng Liu等;《ADVANCED MATERIALS》;20100608;第22卷;第3266-3271页 *

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