CN108587612B - 一种上转换发光纳米二氧化硅颗粒及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种上转换发光纳米二氧化硅颗粒及其制备方法和应用。该纳米二氧化硅颗粒具有单分散的球状形貌，大小均一，粒径大约为150nm,是一种单分散纳米二氧化硅颗粒。本发明的纳米二氧化硅颗粒易于制备，成本低廉。该纳米颗粒具有优良的荧光性能，且具有上转换发光性质，且选择性地进入凋亡的死细胞中，实现死细胞成像，具有广阔的应用前景。

Description

一种上转换发光纳米二氧化硅颗粒及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种区分死活细胞的二氧化硅纳米颗粒，具体涉及一种上转换发光纳米二氧化硅颗粒及其制备方法和应用，属于纳米二氧化硅领域。
背景技术
近几年来用单分散二氧化硅球形颗粒为原料制备一系列有着优异性能的光学材料受到了人们的广泛关注，促使人们制备出优良的单分散二氧化硅球形颗粒单分散二氧化硅胶体微球，以应用于工业和基础科学研究领域。
上转换是一种将低能量(长波长)的光转化成髙能量光(短波长)的技术。“ 三重态湮灭”上转换(TTA-UC)是众多上转换技术中有效的一种。激发“ 三重态湮灭”上转换不需要相干光，且激发强度低，改变能量受体及光敏剂时，可以得到不同反斯托克斯位移的上转换发光，上转换荧光量子效率较高，因此可应用在许多领域，比如敏化太阳能电池、生物成像及光催化等方面。
设计更简洁的反应方式制备上转换发光纳米二氧化硅颗粒，得到具有独特荧光性质的纳米二氧化硅材料具有重要的科研和实用价值。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种上转换发光纳米二氧化硅颗粒。该发光纳米二氧化硅颗粒具有单分散的球状形貌，大小均一，粒径大约为150nm，是一种单分散纳米二氧化硅颗粒。
本发明还提供了一种上转换发光纳米二氧化硅颗粒的制备方法，合成工艺简单易行，原料廉价易得，制备成本低，易于推广。
本发明还提供了一种上转换发光纳米二氧化硅颗粒的应用。
本发明采用以下技术方案：
一种上转换发光纳米二氧化硅颗粒，所述发光纳米二氧化硅颗粒为具有球形形貌的单分散纳米二氧化硅颗粒，其在405nm紫外光激发下能发出蓝绿色的荧光；在514nm激发光激发下可以发射蓝光以及红光的混合发射光。
一种上转换发光纳米二氧化硅颗粒的制备方法，它包括以下步骤：
(1)将1mmol/L的二萘嵌苯(Py)的四氢呋喃溶液与1mmol/L化合物DIBP的四氢呋喃溶液按照4:1的体积比混合得到NP0溶液；
所述化合物DIBP结构式如下所示：
Figure 186413DEST_PATH_IMAGE001
;
(2)取5mL的TEOS和0 .3～1mL步骤(1)中所制备的NP0溶液溶于5ml的无水乙醇中，在室温下搅拌5分钟，得到TEOS与NP0的混合溶液；再取5ml的去离子水和5ml的氨水溶于75ml的无水乙醇中，室温下搅拌0 .5h；将TEOS与NP0的混合溶液缓慢滴入，并在室温下搅拌12h，最后将混合溶液用离心机离心，得到淡粉色固体，然后在室温下干燥，得到淡粉色固体粉末即为本发明目标产物NPs。
所述步骤(2)中离心机离心转速为8000r/min，离心时间为10min。
Figure 469627DEST_PATH_IMAGE002
一种上述的上转换发光纳米二氧化硅颗粒的应用，其用于区分体外死活细胞的生物成像检测。具体的为：该发光材料染色活细胞不具有荧光，染色凋亡细胞具有强的上转换和下转换荧光。
本发明所述上转换发光纳米二氧化硅颗粒NPs的形貌学评价。
本发明所述上转换发光纳米二氧化硅颗粒NPs的优良的形貌学性质，通过扫描电子显微镜对其形貌进行测试。NPs具有单分散的球状形貌，大小均一，粒径大约为150nm，是一种单分散纳米二氧化硅颗粒。
本发明所述上转换发光纳米二氧化硅颗粒NPs的X射线衍射性能评价。
本发明所述上转换发光纳米二氧化硅颗粒NPs为无定型态，其XRD粉末衍射谱图只在23°左右有一个宽峰，对应着Si-O-Si键。
本发明所述上转换发光纳米二氧化硅颗粒NPs的荧光性能评价。
本发明所述上转换发光纳米二氧化硅颗粒NPs具有优良的荧光性能，并通过荧光光谱对其荧光性能进行测试。NPs包覆Py以及DIBP，故其在405nm紫外光激发下能发出蓝绿色的荧光。
本发明所述上转换发光纳米二氧化硅颗粒NPs上转换发光荧光性能评价。
本发明所述的上转换发光纳米二氧化硅颗粒NPs在514nm激发光激发下可以发射蓝光以及红光的混合发射光。分别对应着Py分子的上转换发射以及DIBP的下转换荧光发射。说明两种染料分子在纳米颗粒内部有着非常充分的能量传递过程。
本发明所述上转换发光纳米二氧化硅颗粒NPs选择性进入死细胞作用评价。
本发明所述上转换发光纳米二氧化硅颗粒对健康细胞的膜结构不具有通透性，因此对膜完整性损坏的凋亡细胞具有选择性。具体表现为，该发光材料染色活细胞不具有荧光，染色凋亡细胞具有强的上转换和下转换荧光。
本发明的有益效果为：
本发明所述的上转换发光纳米二氧化硅颗粒NPs可经“ 一锅法”合成获得，合成工艺简单易行，原料廉价易得，制备成本低，易于推广。
本发明所述的上转换发光纳米二氧化硅颗粒NPs具有优良的荧光性能，具有广阔的应用前景。
本发明所述的上转换发光纳米二氧化硅颗粒NPs可以选择性的进入凋亡细胞，在生物成像方面具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是上转换发光纳米二氧化硅颗粒NP1的扫描电镜图。
图2是上转换发光纳米二氧化硅颗粒NP1的XRD粉末衍射图谱(10°-70°)。
图3是上转换发光纳米二氧化硅颗粒NPs的荧光光谱(激发:405nm)。
图4是上转换发光纳米二氧化硅颗粒NP1真实荧光颜色的实彩成像图 ,其中(a)发射范围410-700nm ,(b)发射波长450nm ,(c)发射波长560nm ,与(d)原位荧光光谱图。
图5是上转换发光纳米二氧化硅颗粒NP2染死细胞的多通道照片，标尺为50μm。 具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明，但本发明保护内容不仅限于此。
实施例1
本发明所述上转换发光纳米二氧化硅颗粒NP1的制备
NP0溶液的配制：将1mmol/L的二萘嵌苯(Py)的四氢呋喃溶液与1mmol/L化合物DIBP的四氢呋喃溶液按照4:1的体积比混合得到NP0溶液。
将5mL的TEOS和0 .3mL NP0溶液溶于5ml的无水乙醇中，在室温下搅拌5分钟，得到TEOS与NP0的混合溶液。再取5ml的去离子水和5ml的氨水溶于75ml的无水乙醇中，室温下搅拌0 .5h。将TEOS与NP0的混合溶液缓慢滴入，并在室温下搅拌12h。最后将混合溶液用离心机离心(8000r/min，10min)，得到淡粉色固体 ,然后在室温下干燥，得到淡粉色固体粉末即为NP1，产率39％。
上述上转换发光纳米二氧化硅颗粒NP1扫描电镜图见图1，XRD粉末衍射图谱(10°-70 °)见图2。通过图1和图2可以看出NP1具有单分散的球状形貌，大小均一，粒径大约为150nm，是一种单分散纳米二氧化硅颗粒。其XRD粉末衍射谱图只在23°左右有一个宽峰，对应着Si-O-Si键。
实施例2
本发明所述上转换发光纳米二氧化硅颗粒NP2的制备
NP0溶液的配制：将1mmol/L的二萘嵌苯(Py)的四氢呋喃溶液与1mmol/L化合物DIBP的四氢呋喃溶液按照4:1的体积比混合得到NP0溶液。
将5mL的TEOS和0 .7mL NP0溶液溶于5ml的无水乙醇中，在室温下搅拌5分钟，得到TEOS与NP0的混合溶液。再取5ml的去离子水和5ml的氨水溶于75ml的无水乙醇中，室温下搅拌0 .5h。将TEOS与NP0的混合溶液缓慢滴入，并在室温下搅拌12h。最后将混合溶液用离心机离心(8000r/min，10min)，得到淡粉色固体，然后在室温下干燥，得到淡粉色固体粉末即为NP2，产率37％。
实施例3
本发明所述上转换发光纳米二氧化硅颗粒NP3的制备
NP0溶液的配制：将1mmol/L的二萘嵌苯(Py)的四氢呋喃溶液与1mmol/L化合物DIBP的四氢呋喃溶液按照4:1的体积比混合得到NP0溶液。
将5mL的TEOS和1 .0mL NP0溶液溶于5ml的无水乙醇中，在室温下搅拌5分钟，得到TEOS与NP0的混合溶液。再取5ml的去离子水和5ml的氨水溶于75ml的无水乙醇中，室温下搅拌0 .5h。将TEOS与NP0的混合溶液缓慢滴入，并在室温下搅拌12h。最后将混合溶液用离心机离心(8000r/min，10min)，得到淡粉色固体，然后在室温下干燥，得到淡粉色固体粉末即为NP3，产率42％。
实施例4
本发明所述上转换发光纳米二氧化硅颗粒NPs的下转换荧光光谱
以NP1为例，取实施例1中制备的2 .0g NP1固体，置于粉末固体专用支架中，进行固体荧光性能测试(λEx＝405nm，狭缝宽度：激发：5mm ,发射：5mm)。上述所得荧光光谱见图3。
本发明所述的上转换发光纳米二氧化硅颗粒NPs在405nm紫外光激发下可以发射强烈的蓝绿色荧光，NPs在450nm处有较强的荧光发射，属于蓝光区，此荧光发射为Py的特征荧光发射。此外在560nm处，还存在这属于染料分子DIBP的荧光发射。NPs受到405nm激发波的激发，Py发射出450nm处的特征荧光，通过分子间能量传递，Py的荧光发射进一步激发DIBP，DIBP发射出560nm的特征发射，说明Py分子与DIBP分子之间的FRET能量传递较为充分。随着染料含量的增加，NPs的荧光发射逐渐增强。说明包覆染料的增多不影响两种染料分子的分子间能量传递过程。
实施例5
本发明所述上转换发光纳米二氧化硅颗粒NPs的上转换荧光光谱
取0 .2g NP3以405nm为激发波长，利用尼康共聚焦显微镜的光谱成像模块，采集得到能反应NP3真实荧光颜色的实彩成像图片以及原位荧光光谱。上述所得真实荧光颜色的实彩成像与原位荧光光谱见图4。本发明所述的上转换发光纳米二氧化硅颗粒NPs在514nm激发光激发下可以发射蓝光以及红光的混合发射光。分别对应着Py分子的上转换发射以及DIBP的下转换荧光发射。说明两种染料分子在纳米颗粒内部有着非常充分的能量传递过程。
实施例6
本发明所述上转换发光纳米二氧化硅颗粒NPs区分死活细胞的分通道共聚焦成像
取0 .01g NP3，超声分散至1mL PBS缓冲溶液中，得到NP3的母液。向死活细胞培养皿中加入的稀释液，使其终浓度均为5μM。继续在相同条件下继续培养40min，然后将细胞培养液吸走，用磷酸缓冲液(PBS)冲洗细胞3次，以405nm为激发波长，利用尼康共聚焦显微镜的光谱成像模块，采集得到能反应细胞内真实荧光颜色的实彩成像图片，如图5所示。本发明所述上转换发光纳米二氧化硅颗粒对健康细胞的膜结构不具有通透性，因此对膜完整性损坏的凋亡细胞具有选择性。具体表现为，该发光材料染色活细胞不具有荧光，染色凋亡细胞具有强的上转换和下转换荧光。

Claims (3)

1.一种上转换发光纳米二氧化硅颗粒的应用，其特征在于，其用于非疾病诊断目的的区分体外死活细胞的生物成像检测;
所述的上转换发光纳米二氧化硅颗粒为具有球形形貌的单分散纳米二氧化硅颗粒，其在405nm紫外光激发下能发出蓝绿色的荧光；在514nm激发光激发下可以发射蓝光以及红光的混合发射光；由以下方法制备：
(1)将1mmol/L的二萘嵌苯的四氢呋喃溶液与1mmol/L化合物DIBP的四氢呋喃溶液按照4:1的体积比混合得到NP0溶液；所述化合物DIBP结构式如下所示：
Figure 164028DEST_PATH_IMAGE002
;
(2)取5mL的TEOS和0 .3～1mL步骤(1)中所制备的NP0溶液溶于5ml的无水乙醇中，在室温下搅拌5分钟，得到TEOS与NP0的混合溶液；再取5ml的去离子水和5ml的氨水溶于75ml的无水乙醇中，室温下搅拌0 .5h；将TEOS与NP0的混合溶液缓慢滴入，并在室温下搅拌12h，最后将混合溶液用离心机离心，得到淡粉色固体，然后在室温下干燥，得到淡粉色固体粉末即为目标产物NPs。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述步骤(2)中离心机离心转速为8000r/min，离心时间为10min。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述应用具体的为：该发光材料染色活细胞不具有荧光，染色凋亡细胞具有上转换和下转换荧光。
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