CN109675060A - 一种活体用柔性上转换红光传感器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种活体用柔性上转换红光传感器及其制备方法，包括如下步骤：1)掺杂稀土铒元素的红光发射上转换微米棒的制备及表征；2)柔性上转换红光传感器的制备：(1)在玻璃薄板上预先铺设一层聚酯薄膜，配置不同比例10:1～7:1的聚二甲基硅氧烷前体，并混入掺杂稀土铒元素的红光发射上转换微米棒10mg/ml～100mg/ml，负压0.03MPa～0.05MPa抽真空30min～40min去气泡，在聚酯薄膜上均匀旋涂该混合物；(2)待液体成膜0.2mm～3mm后，80℃真空高温固化30min～60min；(3)待其冷却后压紧避免气泡产生。本发明制备的活体用柔性上转换红光传感器，面积在25mm2～1cm2，在980nm近红外光激发下，可发射波长660nm的明亮红光，可埋植于活体动物皮下组织，具有较高的红光转换效率，具有较低的生物毒性。
Description
技术领域
本发明属于生物技术和材料技术领域，具体涉及一种活体用柔性上转换红光传感器及其制备方法。
背景技术
上转换发光材料是一种吸收长波长光而发射出短波长光的一种材料，因其激发光波长较长(980nm)，具有良好的组织穿透性，因此被广泛运用于活体的疾病治疗、信号通路调控等。上转换材料在活体的应用方式主要包括局部注射及尾静脉注射两种方式，但这两种方式均有局限性。首先，上转换材料成分为稀土金属，其应用于活体的安全性需被谨慎考虑。通常是通过复杂的表面修饰方法，如柠檬酸表面改性、聚乙二醇包裹表面等方法来降低其生物毒性，而对于上转换材料的过度改造，会影响其光子产率，极大程度地削弱其发光效率；其次，上转换在体内通过长时间的血循环或体液循环，逐渐被代谢，常用的方法是多次注射，这种方法对上转换的量的需求量高，且对活体产生较大的代谢负担。因此，研发一种制备方法简单、价格低廉且对活体完全无毒的上转换光传感方法，更方便应用于后续生化等研究。
发明内容
本发明为克服现有技术的不足，提出了一种具有发光效率高、生物安全性高优势的活体用柔性上转换红光传感器及其制备方法。
本发明的技术方案是一种活体用柔性上转换红光传感器的制备方法，包括如下步骤：
1)掺杂稀土铒元素的红光发射上转换微米棒的制备及表征；
2)活体用柔性上转换红光传感器的制备。
所述步骤1)中掺杂稀土铒元素的红光发射上转换微米棒的制备的具体步骤：
(1)圆底烧瓶中依次加入1.25g氢氧化钠，8mL双蒸水，300rpm搅拌10min至溶液澄清透明，边搅拌边依次逐滴加入25mL无水乙醇和等体积油酸，300rpm室温下搅拌30min后，烧瓶内的溶液均一稳定；
(2)取硝酸钇六水合物(YCl3·6H2O)，硝酸镱六水合物(YbCl3·6H2O)，硝酸铒六水合物(ErCl3·6H2O)按照比例(1040:1040:1-693:693:1)混合均匀，室温下800rpm搅拌10min，
(3)加入2.5ml浓度2M的氟化铵溶液，800rpm搅拌30min，将反应体系转移至高温反应釜中，180℃反应12h，反应完毕，自然冷却至室温后，将得到的白色沉淀用等体积乙醇超声悬浮，5000rpm离心10min，重复5次，将混合物转移至浓度为2M的盐酸溶液中超声5min，再次用双蒸水清洗5次，得到的透明液体即为单一分散稳定的红光发射上转换荧光微米棒。
所述步骤2)中柔性上转换红光传感器的制备的具体步骤：
(1)在玻璃薄板上预先铺设一层聚酯薄膜，配置不同比例10:1～7:1的聚二甲基硅氧烷前体，并混入掺杂稀土铒元素的红光发射上转换微米棒10mg/ml～100mg/ml，负压0.03MPa～0.05MPa抽真空30min～40min去气泡，在聚酯薄膜上均匀旋涂该混合物；
(2)待液体成膜0.2mm～3mm后，80℃真空高温固化30min～60min；
(3)待其冷却后，在顶层铺设一层聚酯薄膜，压紧避免气泡产生。
本发明的第二个目的是采用上述方法制备的制备活体用柔性上转换红光传感器，柔性上转换红光传感器面积在25mm2～1cm2，厚度0.2mm～3mm。
有益效果
1.本发明制备的活体用柔性上转换红光传感器，面积在25mm2～1cm2，在980nm近红外光激发下，可发射波长660nm的明亮红光，可埋植于活体动物皮下组织，具有较高的红光转换效率；具有较低的生物毒性。
2.制备的掺杂稀土铒元素的红光发射上转换微米棒直径1～2μm，980nm波长近红外光激发下发射波长为660nm。
3.制备的柔性上转换红光传感器面积在25mm2～1cm2，厚度0.2mm～3mm。
4.制备的柔性上转换红光传感器可埋植于活体裸鼠，并有较高的生物安全性和发光效率，可用于活体光转换。
5.本发明研制出一种活体用柔性上转换红光传感器的制备方法，将上转换微米棒包封进聚二甲基硅氧烷柔性基底中，避免了上转换与细胞的直接接触，在保证光子产率的同时，省略了一系列复杂的材料改造步；同时为了防止上转换颗粒的体内泄露，在外层包封了聚酯薄膜，使其具有更高的生物安全性。在生物技术及材料如光遗传学等领域具有较高的科研应用前景。
附图说明
图1是制备的活体用柔性上转换红光传感器合成路线路及实物图。
图2是制备的掺杂稀土铒元素的红光发射上转换微米棒低倍透射电镜照片。
图3是制备的掺杂稀土铒元素的红光发射上转换微米棒的发光光谱。
具体实施方式
下面通过具体实施例和附图对本发明作进一步的说明。本发明的实施例是为了更好地使本领域的技术人员更好地理解本发明，并不对本发明作任何的限制。
实施例1
活体用柔性上转换红光传感器的制备
在玻璃薄板上预先铺设一层聚酯薄膜，配置10:1的聚二甲基硅氧烷前体，并混入掺杂稀土铒元素的红光发射上转换微米棒10mg/ml，负压0.03MPa抽真空30min去气泡，在聚酯薄膜上均匀旋涂该混合物，待液体成膜0.2mm后，80℃真空高温固化30min，待其冷却后，在顶层铺设一层聚酯薄膜，避免气泡产生(图1)。
实施例2
活体用柔性上转换红光传感器的制备
在玻璃薄板上预先铺设一层聚酯薄膜，配置比例9:1的聚二甲基硅氧烷前体，并混入掺杂稀土铒元素的红光发射上转换微米棒10mg/ml，负压0.03MPa抽真空40min去气泡，在聚酯薄膜上均匀旋涂该混合物，待液体成膜1mm后，80℃真空高温固化40min，待其冷却后，在顶层铺设一层聚酯薄膜，避免气泡产生。
实施例3
活体用柔性上转换红光传感器的制备
在玻璃薄板上预先铺设一层聚酯薄膜，配置比例7:1的聚二甲基硅氧烷前体，并混入掺杂稀土铒元素的红光发射上转换微米棒100mg/ml，负压0.03MPa抽真空40min去气泡，在聚酯薄膜上均匀旋涂该混合物，待液体成膜3mm后，80℃真空高温固化60min，待其冷却后，在顶层铺设一层聚酯薄膜，避免气泡产生。
实施例4
活体用柔性上转换红光传感器的制备
在玻璃薄板上预先铺设一层聚酯薄膜，配置比例7:1的聚二甲基硅氧烷前体，并混入掺杂稀土铒元素的红光发射上转换微米棒100mg/ml，负压0.05MPa抽真空40min去气泡，在聚酯薄膜上均匀旋涂该混合物，待液体成膜3mm后，80℃真空高温固化60min，待其冷却后，在顶层铺设一层聚酯薄膜，避免气泡产生。
实施例5
掺杂稀土铒元素的红光发射上转换微米棒的制备
圆底烧瓶中依次加入1.25g氢氧化钠，8mL双蒸水，300rpm搅拌10min至溶液澄清透明。边搅拌边依次逐滴加入25mL无水乙醇和等体积油酸。300rpm室温下搅拌30min后，烧瓶内的溶液均一稳定。取硝酸钇六水合物(YCl3·6H2O)，硝酸镱六水合物(YbCl3·6H2O)，硝酸铒六水合物(ErCl3·6H2O)按照比例1040:1040:1混合均匀，室温下800rpm搅拌10min。加入2.5ml浓度2M的氟化铵溶液，800rpm搅拌30min，将反应体系转移至高温反应釜中，180℃反应12h。反应完毕，自然冷却至室温后，将得到的白色沉淀用等体积乙醇超声悬浮，5000rpm离心10min，重复5次。将混合物转移至浓度为2M的盐酸溶液中超声5min，再次用双蒸水清洗5次。得到的透明液体即为单一分散稳定的红光发射上转换荧光微米棒。
实施例6
掺杂稀土铒元素的红光发射上转换微米棒的制备
圆底烧瓶中依次加入1.25g氢氧化钠，8mL双蒸水，300rpm搅拌10min至溶液澄清透明。边搅拌边依次逐滴加入25mL无水乙醇和等体积油酸。300rpm室温下搅拌30min后，烧瓶内的溶液均一稳定。取硝酸钇六水合物(YCl3·6H2O)，硝酸镱六水合物(YbCl3·6H2O)，硝酸铒六水合物(ErCl3·6H2O)按照比例966:966:1混合均匀，室温下800rpm搅拌10min。加入2.5ml浓度2M的氟化铵溶液，800rpm搅拌30min，将反应体系转移至高温反应釜中，180℃反应12h。反应完毕，自然冷却至室温后，将得到的白色沉淀用等体积乙醇超声悬浮，5000rpm离心10min，重复5次。将混合物转移至浓度为2M的盐酸溶液中超声5min，再次用双蒸水清洗5次。得到的透明液体即为单一分散稳定的红光发射上转换荧光微米棒。(图1，图2)
实施例7
掺杂稀土铒元素的红光发射上转换微米棒的制备
圆底烧瓶中依次加入1.25g氢氧化钠，8mL双蒸水，300rpm搅拌10min至溶液澄清透明。边搅拌边依次逐滴加入25mL无水乙醇和等体积油酸。300rpm室温下搅拌30min后，烧瓶内的溶液均一稳定。取硝酸钇六水合物(YCl3·6H2O)，硝酸镱六水合物(YbCl3·6H2O)，硝酸铒六水合物(ErCl3·6H2O)按照比例693:693:1混合均匀，室温下800rpm搅拌10min。加入2.5ml浓度2M的氟化铵溶液，800rpm搅拌30min，将反应体系转移至高温反应釜中，180℃反应12h。反应完毕，自然冷却至室温后，将得到的白色沉淀用等体积乙醇超声悬浮，5000rpm离心10min，重复5次。将混合物转移至浓度为2M的盐酸溶液中超声5min，再次用双蒸水清洗5次。得到的透明液体即为单一分散稳定的红光发射上转换荧光微米棒。
实施例8
将柔性上转换红光传感器埋植于裸鼠皮下
(1)超净工作台内，将紫外光照射灭菌过夜的柔性上转换红光传感器剪出25mm2，去除其锐角；
(2)将雌性7周龄BALB/c nude品系裸鼠按其重量给用10％水合氯醛腹腔注射麻醉后，皮肤表面用碘伏消毒；
(3)根据实际传感器大小利用手术剪将皮肤剪开一道创口，清除皮下连接筋腱，用镊子夹持传感器植于皮肤与筋膜间隙，然后手术缝合；
(3)一周后可观察皮下传感器的光传感效果。
应当理解的是，这里所讨论的实施方案及实例只是为了说明，对本领域技术人员来说，可以加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (4)
1.一种活体用柔性上转换红光传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)掺杂稀土铒元素的红光发射上转换微米棒的制备及表征；
2)柔性上转换红光传感器的制备。
2.根据权利要求1所述的活体用柔性上转换红光传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中掺杂稀土铒元素的红光发射上转换微米棒的制备的具体步骤：
(1)圆底烧瓶中依次加入1.25g氢氧化钠，8mL双蒸水，300rpm搅拌10min至溶液澄清透明，边搅拌边依次逐滴加入25mL无水乙醇和等体积油酸，300rpm室温下搅拌30min后，烧瓶内的溶液均一稳定；
(2)取硝酸钇六水合物(YCl3·6H2O)，硝酸镱六水合物(YbCl3·6H2O)，硝酸铒六水合物(ErCl3·6H2O)按照比例1040:1040:1-693:693:1混合均匀，室温下800rpm搅拌10min；
(3)加入2.5ml浓度2M的氟化铵溶液，800rpm搅拌30min，将反应体系转移至高温反应釜中，180℃反应12h，反应完毕，自然冷却至室温后，将得到的白色沉淀用等体积乙醇超声悬浮，5000rpm离心10min，重复5次，将混合物转移至浓度为2M的盐酸溶液中超声5min，再次用双蒸水清洗5次，得到的透明液体即为单一分散稳定的红光发射上转换荧光微米棒。
3.根据权利要求1所述的活体用柔性上转换红光传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中柔性上转换红光传感器的制备的具体步骤：
(1)在玻璃薄板上预先铺设一层聚酯薄膜，配置不同比例10:1～7:1的聚二甲基硅氧烷前体，并混入掺杂稀土铒元素的红光发射上转换微米棒10mg/ml～100mg/ml，负压0.03MPa～0.05MPa抽真空30min～40min去气泡，在聚酯薄膜上均匀旋涂该混合物；
(2)待液体成膜0.2mm～3mm后，80℃真空高温固化30min～60min；
(3)待其冷却后，在顶层铺设一层聚酯薄膜，压紧避免气泡产生。
4.采用权利要求3所述的方法制备活体用柔性上转换红光传感器，其特征在于，柔性上转换红光传感器面积在25mm2～1cm2，厚度0.2mm～3mm。
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