CN106986319A - 具有高发光强度的绿色荧光标记的铽/锶共掺羟基磷灰石纳米粒子的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有高发光强度的绿色荧光标记的铽/锶共掺羟基磷灰石纳米粒子的制备方法，首先取Tb4O7加入过量的浓硝酸，进行水浴加热，蒸发至形成Tb(NO3)3晶体，然后配制硝酸铽溶液；其次取硝酸钙、硝酸锶、磷酸氢二铵以及氢氧化钠并用去离子水溶解配成溶液，将(1)中硝酸铽溶液与硝酸钙溶液、硝酸锶溶液混合均匀，并将磷酸氢二铵溶液滴加进去，待充分混合均匀后采用氢氧化钠溶液调节pH值至14，待pH值稳定后充分搅拌得到溶液A；最后将溶液A静置陈化，然后进行洗涤、抽滤、干燥、研磨，即得到具有高发光强度的绿色荧光标记的Tb3+/Sr2+共掺羟基磷灰石纳米粒子。本发明制备的材料相比Tb3+掺杂羟基磷灰石，其荧光发光强度更高且颜色更加明显，且荧光寿命更长。

Description

具有高发光强度的绿色荧光标记的铽/锶共掺羟基磷灰石纳 米粒子的制备方法
技术领域
本发明涉及一种具有绿色荧光标记性能的羟基磷灰石纳米粒子，具体涉及一种具有高发光强度的绿色荧光标记的铽/锶共掺羟基磷灰石纳米粒子的制备方法。
背景技术
荧光成像材料在生物成像、药物输送、光动力疗法以及疾病诊断治疗等生物医学应用上具有重要作用。常用的荧光成像材料种类繁多，但有机荧光分子材料容易发生光漂白和光解，半导体量子点材料化学稳定性较差，且有毒性。羟基磷灰石[Ca10(PO4)6(OH)2，HA/HAp]，是人体和动物骨骼组织中的主要无机组成成分，具有优良的生物相容性和生物活性。羟基磷灰石的结构为六方晶系，其结构最主要的特征之一就是其晶格中的Ca2+，PO4 3-以及OH-可以被其他离子取代，从而形成各种不同的产物，这使其成为高性能特种应用生物材料的良好掺杂基体。将掺杂改性后的羟基磷灰石作为稀土离子的发光基体，这种方法制备得到的荧光材料在荧光强度、荧光寿命等方面的性能均优于纯羟基磷灰石基体。
稀土离子是一类具有特殊功能的离子，当其以掺杂离子进入到其他物质的晶格中时，常会赋予原物质新的光、电等性能。稀土Tb3+是镧系元素中的一员，在紫外灯照射下呈现绿光，其离子半径为0.092nm(小于Ca2+离子半径0.099nm)，在羟基磷灰石基体中可以取代Ca2+，从而形成具有发光性能的稀土掺杂羟基磷灰石，可以用做生物荧光探针。
但常规的稀土离子掺杂羟基磷灰石荧光探针会发生荧光猝灭现象，且稀土含量相对较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有高发光强度的绿色荧光标记的铽/锶共掺羟基磷灰石纳米粒子的制备方法，以克服上述现有技术存在的缺陷，本发明所制备的Tb3+/Sr2+共掺羟基磷灰石荧光纳米材料，相比Tb3+掺杂羟基磷灰石，其荧光发光强度更高且颜色更加明显，且荧光寿命更长。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
具有高发光强度的绿色荧光标记的Tb3+/Sr2+共掺羟基磷灰石纳米粒子的制备方法，包括以下步骤：
(1)取Tb4O7固体粉末，向其中加入过量的浓硝酸，进行水浴加热，待硝酸充分挥发后加入去离子水，继续蒸发直至结晶形成Tb(NO3)3晶体，然后用去离子水配制并定容得到硝酸铽溶液；
(2)取硝酸钙、硝酸锶、磷酸氢二铵以及氢氧化钠并用去离子水溶解配成溶液，将(1)中所制备的硝酸铽溶液与硝酸钙溶液、硝酸锶溶液混合均匀，并将磷酸氢二铵溶液滴加到上述混合溶液中，待充分混合均匀后采用氢氧化钠溶液调节pH值至14，待pH值稳定后充分搅拌得到溶液A；
(3)将溶液A静置陈化，然后进行洗涤、抽滤、干燥、研磨，即得到具有高发光强度的绿色荧光标记的Tb3+/Sr2+共掺羟基磷灰石纳米粒子，其中Tb3+/Sr2+共掺羟基磷灰石纳米粒子满足以下摩尔比：(Tb3++Ca2++Sr2+)/P＝1.67。
进一步地，步骤(1)中水浴加热的温度为85℃。
进一步地，步骤(1)中硝酸铽溶液的浓度为0.5mol/L。
进一步地，步骤(2)中硝酸钙溶液的浓度为0.5mol/L，硝酸锶溶液的浓度为0.5mol/L，磷酸氢二铵溶液的浓度为0.6mol/L。
进一步地，步骤(2)中氢氧化钠溶液的浓度为2mol/L。
进一步地，步骤(2)中待pH值稳定后充分搅拌4h得到溶液A。
进一步地，Tb3+/Sr2+共掺羟基磷灰石纳米粒子中Sr2+和Ca2+的摩尔比为(1-9)：(9-1)。
进一步地，步骤(3)中静置陈化的温度为80℃，时间为24h。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
按照本发明制备的Tb3+/Sr2+共掺羟基磷灰石荧光纳米材料，是利用工艺流程简单易操作的化学共沉淀法，以掺杂Sr2+的羟基磷灰石为发光载体，以Tb3+为发光中心离子，制备得到具有优良发光性能的羟基磷灰石荧光纳米材料。
Tb3+单掺杂的羟基磷灰石荧光生物材料需要加入较多稀土原料才能达到良好的成像效果，而Tb3+/Sr2+共掺羟基磷灰石荧光纳米材料由于Sr2+的加入，可在不改变Tb3+含量的前提下，提高Tb3+掺杂羟基磷灰石的发光强度和荧光寿命，使其其荧光发光强度更高，颜色更加明显，且荧光寿命更长。
另外，本发明所用原料廉价易得，且在具有较高发光强度的情况下，能有效减少稀土原料的使用量，达到降低成本的效果，具有较高经济效益。
附图说明
图1为实施例1制备的Tb3+/Sr2+共掺羟基磷灰石纳米粒子的发光光谱(b)，(a)为同含量的Tb3+掺杂羟基磷灰石纳米粒子的发光光谱；横坐标代表波长(nm)，纵坐标代表相对发光强度(a.u.)；
图2为实施例2制备的Tb3+/Sr2+共掺羟基磷灰石纳米粒子的发光光谱(b)，(a)为同含量的Tb3+掺杂羟基磷灰石纳米粒子的发光光谱；横坐标代表波长(nm)，纵坐标代表相对发光强度(a.u.)；
图3为实施例3制备的Tb3+/Sr2+共掺羟基磷灰石纳米粒子的发光光谱(b)，(a)为同含量的Tb3+掺杂羟基磷灰石纳米粒子的发光光谱；横坐标代表波长(nm)，纵坐标代表相对发光强度(a.u.)；
图4为实施例4制备的Tb3+/Sr2+共掺羟基磷灰石纳米粒子的发光光谱(b)，(a)为同含量的Tb3+掺杂羟基磷灰石纳米粒子的发光光谱；横坐标代表波长(nm)，纵坐标代表相对发光强度(a.u.)；
图5为实施例5制备的Tb3+/Sr2+共掺羟基磷灰石纳米粒子的发光光谱(b)，(a)为同含量的Tb3+掺杂羟基磷灰石纳米粒子的发光光谱；横坐标代表波长(nm)，纵坐标代表相对发光强度(a.u.)。
具体实施方式
下面对本发明的实施方式做进一步详细描述：
一种具有高发光强度的绿色荧光标记的铽/锶共掺羟基磷灰石纳米粒子的制备方法，包括以下步骤：
(1)首先，称取一定量的Tb4O7固体粉末，向其中加入过量的浓硝酸溶液，进行85℃水浴加热，待硝酸充分挥发后加入少量的去离子水，继续蒸发直至结晶形成Tb(NO3)3晶体，用去离子水配制并定容得到硝酸铽溶液，待用。
(2)然后，称取一定量的硝酸钙、硝酸锶、磷酸氢二铵以及氢氧化钠并用去离子水溶解配成溶液，将(1)中所制备的硝酸铽溶液与硝酸钙溶液、硝酸锶溶液混合均匀，并将磷酸氢二铵溶液缓慢滴加到上述混合溶液中，置于磁力搅拌器上持续搅拌，待充分混合均匀后采用氢氧化钠溶液调节上述混合溶液的pH值至14，待溶液的pH值稳定后持续搅拌4小时。
(3)待搅拌结束后，置于80℃的鼓风干燥箱中陈化24小时，然后进行洗涤、抽滤、干燥、研磨，即得到具有高发光强度的绿色荧光标记的Tb3+/Sr2+共掺羟基磷灰石纳米粒子，Tb3 +/Sr2+共掺羟基磷灰石纳米粒子满足以下摩尔比：(Tb3++Ca2++Sr2+)/P＝1.67；Sr2+和Ca2+的摩尔比为(1-9)：(9-1)。
下面结合实施例对本发明做进一步详细描述：
实施例1
(1)首先，称取0.56g的Tb4O7固体粉末，向其中加入过量的浓硝酸溶液，进行85℃水浴加热，待硝酸充分挥发后加入少量的去离子水，继续蒸发直至结晶形成Tb(NO3)3晶体，然后用去离子水配制并定容成0.5mol/L的Tb3+溶液6mL，待用。
(2)用蒸馏水分别配制0.5mol/L硝酸钙溶液90mL，0.5mol/L硝酸锶溶液10mL，0.6mol/L磷酸氢二氨溶液50mL，将上述硝酸盐溶液(硝酸钙溶液、硝酸锶溶液和硝酸铽溶液)混合并搅拌均匀。然后，将磷酸氢二铵溶液缓慢滴加到上述混合溶液中，置于磁力搅拌器上持续搅拌，待充分混合均匀后用2mol/L的NaOH溶液调节反应体系的pH值为14，待pH值稳定后持续搅拌4h。
(3)待搅拌结束后，将得到的悬浊液置于80℃下的鼓风干燥箱中陈化24小时，然后进行洗涤、抽滤、干燥、研磨，即得到具有高发光强度的绿色荧光标记的Tb3+/Sr2+共掺羟基磷灰石纳米粒子。
实施例2
(1)首先，称取0.56g的Tb4O7固体粉末，向其中加入过量的浓硝酸溶液，进行85℃水浴加热，待硝酸充分挥发后加入少量的去离子水，继续蒸发直至结晶形成Tb(NO3)3晶体，然后用去离子水配制并定容成0.5mol/L的Tb3+溶液6mL，待用。
(2)用蒸馏水分别配制0.5mol/L硝酸钙溶液70mL，0.5mol/L硝酸锶溶液30mL，0.6mol/L磷酸氢二氨溶液50mL，将上述硝酸盐溶液(硝酸钙溶液、硝酸锶溶液和硝酸铽溶液)混合并搅拌均匀。然后，将磷酸氢二铵溶液缓慢滴加到上述混合溶液中，置于磁力搅拌器上持续搅拌，待充分混合均匀后用2mol/L的NaOH溶液调节反应体系的pH值为14，待pH值稳定后持续搅拌4h。
(3)待搅拌结束后，将得到的悬浊液置于80℃下的鼓风干燥箱中陈化24小时，然后进行洗涤、抽滤、干燥、研磨，即得到具有高发光强度的绿色荧光标记的Tb3+/Sr2+共掺羟基磷灰石纳米粒子。
实施例3
(1)首先，称取0.56g的Tb4O7固体粉末，向其中加入过量的浓硝酸溶液，进行85℃水浴加热，待硝酸充分挥发后加入少量的去离子水，继续蒸发直至结晶形成Tb(NO3)3晶体，然后用去离子水配制并定容成0.5mol/L的Tb3+溶液6mL，待用。
(2)用蒸馏水分别配制0.5mol/L硝酸钙溶液50mL，0.5mol/L硝酸锶溶液50mL，0.6mol/L磷酸氢二氨溶液50mL，将上述硝酸盐溶液(硝酸钙溶液、硝酸锶溶液和硝酸铽溶液)混合并搅拌均匀。然后，将磷酸氢二铵溶液缓慢滴加到上述混合溶液中，置于磁力搅拌器上持续搅拌，待充分混合均匀后用2mol/L的NaOH溶液调节反应体系的pH值为14，待pH值稳定后持续搅拌4h。
(3)待搅拌结束后，将得到的悬浊液置于80℃下的鼓风干燥箱中陈化24小时，然后进行洗涤、抽滤、干燥、研磨，即得到具有高发光强度的绿色荧光标记的Tb3+/Sr2+共掺羟基磷灰石纳米粒子。
实施例4
(1)首先，称取0.56g的Tb4O7固体粉末，向其中加入过量的浓硝酸溶液，进行85℃水浴加热，待硝酸充分挥发后加入少量的去离子水，继续蒸发直至结晶形成Tb(NO3)3晶体，然后用去离子水配制并定容成0.5mol/L的Tb3+溶液6mL，待用。
(2)用蒸馏水分别配制0.5mol/L硝酸钙溶液30mL，0.5mol/L硝酸锶溶液70mL，0.6mol/L磷酸氢二氨溶液50mL，将上述硝酸盐溶液(硝酸钙溶液、硝酸锶溶液和硝酸铽溶液)混合并搅拌均匀。然后，将磷酸氢二铵溶液缓慢滴加到上述混合溶液中，置于磁力搅拌器上持续搅拌，待充分混合均匀后用2mol/L的NaOH溶液调节反应体系的pH值为14，待pH值稳定后持续搅拌4h。
(3)待搅拌结束后，将得到的悬浊液置于80℃下的鼓风干燥箱中陈化24小时，然后进行洗涤、抽滤、干燥、研磨，即得到具有高发光强度的绿色荧光标记的Tb3+/Sr2+共掺羟基磷灰石纳米粒子。
实施例5
(1)首先，称取0.56g的Tb4O7固体粉末，向其中加入过量的浓硝酸溶液，进行85℃水浴加热，待硝酸充分挥发后加入少量的去离子水，继续蒸发直至结晶形成Tb(NO3)3晶体，然后用去离子水配制并定容成0.5mol/L的Tb3+溶液6mL，待用。
(2)用蒸馏水分别配制0.5mol/L硝酸钙溶液10mL，0.5mol/L硝酸锶溶液90mL，0.6mol/L磷酸氢二氨溶液50mL，将上述硝酸盐溶液(硝酸钙溶液、硝酸锶溶液和硝酸铽溶液)混合并搅拌均匀。然后，将磷酸氢二铵溶液缓慢滴加到上述混合溶液中，置于磁力搅拌器上持续搅拌，待充分混合均匀后用2mol/L的NaOH溶液调节反应体系的pH值为14，待pH值稳定后持续搅拌4h。
(3)待搅拌结束后，将得到的悬浊液置于80℃下的鼓风干燥箱中陈化24小时，然后进行洗涤、抽滤、干燥、研磨，即得到具有高发光强度的绿色荧光标记的Tb3+/Sr2+共掺羟基磷灰石纳米粒子。

Claims (8)

1.具有高发光强度的绿色荧光标记的铽/锶共掺羟基磷灰石纳米粒子的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)取Tb4O7固体粉末，向其中加入过量的浓硝酸，进行水浴加热，待硝酸充分挥发后加入去离子水，继续蒸发直至结晶形成Tb(NO3)3晶体，然后用去离子水配制并定容得到硝酸铽溶液；
(2)取硝酸钙、硝酸锶、磷酸氢二铵以及氢氧化钠并用去离子水溶解配成溶液，将(1)中所制备的硝酸铽溶液与硝酸钙溶液、硝酸锶溶液混合均匀，并将磷酸氢二铵溶液滴加到上述混合溶液中，待充分混合均匀后采用氢氧化钠溶液调节pH值至14，待pH值稳定后充分搅拌得到溶液A；
(3)将溶液A静置陈化，然后进行洗涤、抽滤、干燥、研磨，即得到具有高发光强度的绿色荧光标记的Tb3+/Sr2+共掺羟基磷灰石纳米粒子，其中Tb3+/Sr2+共掺羟基磷灰石纳米粒子满足以下摩尔比：(Tb3++Ca2++Sr2+)/P＝1.67。
2.根据权利要求1所述的具有高发光强度的绿色荧光标记的铽/锶共掺羟基磷灰石纳米粒子的制备方法，其特征在于，步骤(1)中水浴加热的温度为85℃。
3.根据权利要求1所述的具有高发光强度的绿色荧光标记的铽/锶共掺羟基磷灰石纳米粒子的制备方法，其特征在于，步骤(1)中硝酸铽溶液的浓度为0.5mol/L。
4.根据权利要求1所述的具有高发光强度的绿色荧光标记的铽/锶共掺羟基磷灰石纳米粒子的制备方法，其特征在于，步骤(2)中硝酸钙溶液的浓度为0.5mol/L，硝酸锶溶液的浓度为0.5mol/L，磷酸氢二铵溶液的浓度为0.6mol/L。
5.根据权利要求1所述的具有高发光强度的绿色荧光标记的铽/锶共掺羟基磷灰石纳米粒子的制备方法，其特征在于，步骤(2)中氢氧化钠溶液的浓度为2mol/L。
6.根据权利要求1所述的具有高发光强度的绿色荧光标记的铽/锶共掺羟基磷灰石纳米粒子的制备方法，其特征在于，步骤(2)中待pH值稳定后充分搅拌4h得到溶液A。
7.根据权利要求1所述的具有高发光强度的绿色荧光标记的铽/锶共掺羟基磷灰石纳米粒子的制备方法，其特征在于，Tb3+/Sr2+共掺羟基磷灰石纳米粒子中Sr2+和Ca2+的摩尔比为(1-9)：(9-1)。
8.根据权利要求1所述的具有高发光强度的绿色荧光标记的铽/锶共掺羟基磷灰石纳米粒子的制备方法，其特征在于，步骤(3)中静置陈化的温度为80℃，时间为24h。
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