CN109749326B - 一种基于聚集诱导发光的四联苯乙烯酸四甲酯荧光微球的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于聚集诱导发光的四联苯乙烯酸四甲酯荧光微球的制备方法，将四联苯乙烯酸四甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚马来酸酐十八醇酯溶于三氯甲烷溶剂后分散于十二烷基硫酸钠水溶液中，在冰浴条件下强超声制成微纳米乳液，除去三氯甲烷，离心清洗同时活化微球表面官能团，即制得本发明微球。本发明用四联苯乙烯酸四甲酯为荧光染料制得的聚集诱导发光微球荧光强且装载量大，具有聚集诱导发光的良好荧光性能，且具备丰富的表面修饰官能团。

Description

一种基于聚集诱导发光的四联苯乙烯酸四甲酯荧光微球的制 备方法

技术领域

本发明属于化学合成、食品安全检测和医学检验领域，具体涉及一种基于聚集诱导发光的四联苯乙烯酸四甲酯荧光微球(AIEFM)的制备方法。

背景技术

荧光是一种光致发光现象，当一束波长在物质激发波长范围内的光照射该物质时，会以发射光的形式释放所吸收的能量，这一物质即是荧光物质。荧光信号的输出与入射光(激发光)的强度成正相关关系，相比于传统胶体金的灰度信号，其可以提高入射光的强度以提高发射光的强度，从而达到提高灵敏度的目的；检测基质中常含有有色杂质，荧光探针相比于胶体金，抗背景干扰能力也更强。

然而，作为探针的荧光小分子通常含有难溶于水的芳香族结构，因此它们有在水溶液中聚集的趋势；另一方面，当它们通过物理作用或者化学作用结合到生物分子上时，这些荧光分子自发地发生聚集，聚集的结果是导致发射的荧光信号大幅下降甚至消失。所以，为了避免荧光探针因为发生聚集而猝灭，在使用过程中必须严格控制荧光探针的浓度以及在生物分子上结合的探针分子的数量。这样荧光基团的浓度很低，探针的荧光强度也就大大下降，影响了检测灵敏度。

唐本忠院士研究发现，“聚集诱导发光”材料分子可以在特定的底物诱导下形成聚集体，荧光效率出现显著的增加甚至由暗到突跃，从而实现对刺激源的定性分析和定量检测，使高灵敏度的在线传感监测变得更加容易。“聚集诱导发光”材料制作的探针具有制备成本低、用量灵活度大、光稳定性高、长效追踪效果好等优势。

制备聚集发光荧光微球，影响荧光强度的因素大致可分为外在因素和内在因素。其中外在环境因素有：温度、pH值、溶剂、敏化剂等；内在因素主要是染料的分子结构，其对荧光染料的发射强度起着决定性作用。一般来说荧光染料分子都含有荧光团，如-C＝O、-CH＝CH-、-CH＝N/NH等基团，以及一些能改变吸收波长并伴随荧光增强的助色基团，如-NH2、-NHR、-OR、-NHCOR等基团。此外，荧光染料分子的共轭系统、分子取代基及其位置、环状结构、分子的异构化等都对染料的荧光强度有很大的影响。例如：增加分子π-电子共轭体系长度可提高荧光染料的荧光量子产率并使荧光红移；分子内芳环的增加也一定程度可以提高荧光染料的荧光强度等。聚甲基丙烯酸甲酯(poly(methyl methacrylate)，PMMA)，又称为亚克力或有机玻璃、Lucite(商品名称)，透明度高，是平常经常使用的玻璃替代材料，其透明度高，故而不影响荧光微球内部荧光染料对激发光的吸收和发射光的释放。

马来酸酐/1-十八碳烯交替共聚物(poly(maleic anhydride-alt-1-octadecene)，PMAO)掺杂作为微球表面官能团修饰，其具备良好的生物相容性，且具备丰富的羧基基团，为蛋白和核酸分子修饰提供良好的桥梁。

基于上述情况，发明人研究开发了一种使用聚集诱导发光材料四联苯乙烯酸四甲酯(TCBPE)制备得到的荧光微球，目前，尚未有将TCBPE作为荧光材料制备聚集发光荧光微球并应用的相关报道。

发明内容

本发明旨在提供一种基于聚集诱导发光的四联苯乙烯酸四甲酯荧光微球的制备方法，该制备方法具有高效、混装一体、易于制备的优点，制备得到的AIEFM的荧光信号强且装载量大，具有良好的荧光性能，且表面具备丰富的官能团修饰。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

本发明提供了一种基于聚集诱导发光的四联苯乙烯酸四甲酯荧光微球的制备方法，包括如下步骤：

将四联苯乙烯酸四甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚马来酸酐十八醇酯(PMAO)溶于三氯甲烷溶剂，之后分散于十二烷基硫酸钠(SDS)水溶液中，在冰浴条件下，将溶液超声制成微乳，将该微乳除去三氯甲烷后，离心取沉淀物，清洗沉淀物，将清洗后的沉淀物复溶于缓冲液中，即制得AIEFM。

进一步的，所述聚集诱导发光荧光微球的制备方法中，制得的聚集诱导发光荧光微球的直径为0.05～1μm。

进一步的，所述聚集诱导发光荧光微球的制备方法中，制得的聚集诱导发光荧光微球表面连接有包括羧基、羟基、氨基在内的活性基团，可直接与蛋白质进行偶联。

进一步的，所述聚集诱导发光荧光微球的制备方法中，加入的四联苯乙烯酸四甲酯溶于三氯甲烷后的浓度为10～100mg/mL，PMMA、PMAO溶于三氯甲烷后的浓度均为10～500mg/mL，分散用的试剂为十二烷基硫酸钠(SDS试剂)溶液，质量浓度为0.1～10％，所述的复溶重悬液为0.05-0.5M pH为5-9的硼酸-硼酸钠缓冲溶液。

进一步的，所述聚集诱导发光荧光微球的制备方法中，在冰浴条件下，分散后的溶液是经细胞破碎仪超声乳化而制成微纳米乳液，乳化的时间为1～60min，乳化功率为600W。

进一步的，所述聚集诱导发光荧光微球的制备方法中，制得的微乳离心转速为4000-15000rpm，时间为10-30分钟。

进一步的，所述聚集诱导发光荧光微球的制备方法中，所述沉淀物的清洗是以0.01M的氢氧化钠作为洗涤剂洗涤3次后，用蒸馏水洗涤至离心后上清液澄清即可，其中，洗涤剂用量为微球复溶后总体积的三倍。

本发明的有益效果是：

1、本发明提供的方法，只需一步即可固化成球，简单高效，同时，制得的微球具有荧光信号强、染料装载量大，表面具有可以直接用于蛋白质偶联的官能团的优点。

2、本发明首次使用了四联苯乙烯酸四甲酯为荧光染料制备特殊的荧光微球，具有聚集诱导发光的良好荧光特性，避免了普通荧光微球荧光染料装载到一定浓度时会发生荧光淬灭现象的问题。

附图说明

图1是本发明使用的特殊荧光染料四联苯乙烯酸四甲酯的分子结构式。

图2是本发明AIEFM制备流程图。

图3是本发明方法使用TCBPE制备的AIEFM和普通荧光素酯及普通聚集诱导发光荧光染料(四苯乙烯TPE和四苯乙烯酸四甲酯TCPE)制备的荧光微球在可见光和紫外光下的对比图。

图4是本发明方法制备的AIEFM激发和发射波长表征图。

图5是TCBPE荧光染料合成路径图。如图1所示，是合成的四联苯乙烯酸四甲酯的分子结构式。

如图2所示，将四联苯乙烯酸四甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚马来酸酐十八醇酯溶于三氯甲烷溶剂，加入分散剂SDS溶液，在冰浴条件下，用超声制成微乳，旋蒸除去三氯甲烷即制得聚集诱导发光荧光微球。

如图5所示，合成方法来自文献Rigidifying Fluorescent Linkers by Metal--Organic Framework Formation for Fluorescence Blue Shift and Quantum YieldEnhancement.Journal of the American Chemical Society[J].2014，136(23)，8269-8276中报道，参考该文献中的方法部分，其增补材料S2中，为合成路径图。

具体实施方式

实施例1：50nm粒径AIEFM的制备

一、配置染料预制液：称取TCBPE，PMMA和PMAO溶于氯仿，使之溶于三氯甲烷后的终浓度分别为30，20，25mg/mL；

二、制备微乳液：吸取2400μL上述预制液，分散于12mL 0.25％SDS溶液中，冰浴下，用超声破碎仪超声乳化5min，乳化功率为600W；

三、固化成球：将上述乳化液置于旋转蒸发容器中，旋蒸至无氯仿，浓缩液用15000r/min 4℃离心20min，弃上清，沉淀用0.01M NaOH 54mL分三次洗涤，水洗数次至离心后上清液澄清，清洗后的沉淀物复溶于18mL硼酸-硼酸钠缓冲溶液(0.2M，pH＝8)中，4℃暗处保存。

实施例2：200nm粒径AIEFM的制备

一、配置染料预制液：称取TCBPE，PMMA和PMAO溶于氯仿，使之溶于三氯甲烷后的终浓度分别为30、110、25mg/mL；

二、制备微乳液：吸取2400μL上述预制液，分散于12mL 0.25％SDS溶液中，冰浴下，超声破碎仪超声乳化5min，乳化功率为600W；

三、固化成球：将上述乳化液置于旋转蒸发容器中，旋蒸至无氯仿，浓缩液用12000r/min 4℃离心20min，弃上清，沉淀用0.01M NaOH 54mL分三次洗涤，水洗数次至离心后上清液澄清，清洗后的沉淀物复溶于18mL硼酸-硼酸钠缓冲溶液(0.2M，pH＝8)中，4℃暗处保存。

实施例3：1μm粒径AIEFM的制备

一、配置染料预制液：称取TCBPE，PMMA和PMAO溶于氯仿，使之溶于三氯甲烷后的终浓度分别为30、500、25mg/mL；

二、制备微乳液：吸取2400μL上述预制液，分散于12mL 0.25％SDS溶液中，冰浴下，超声破碎仪超声乳化5min，乳化功率为600W；

三、固化成球：将上述乳化液置于旋转蒸发容器中，旋蒸至无氯仿，浓缩液用8000r/min4℃离心20min，弃上清，沉淀用0.01M NaOH 54mL分三次洗涤，水洗数次至离心后上清液澄清，清洗后的沉淀物复溶于18mL硼酸-硼酸钠缓冲溶液(0.2M，pH＝8)中，4℃暗处保存。

对比例1普通荧光微球的制备(荧光素脂染料制备)

一、配置染料预制液：称取荧光素脂，PMMA和PMAO溶于氯仿，使之溶于三氯甲烷后的终浓度分别为30、110、25mg/mL；

二、制备微乳液：吸取2400μL上述预制液，分散于12mL 0.25％SDS溶液中，冰浴下，超声破碎仪超声乳化5min，乳化功率为600W；

三、固化成球：将上述乳化液置于旋转蒸发容器中，旋蒸至无氯仿，浓缩液用12000r/min 4℃离心20min，弃上清，沉淀用0.01M NaOH 54mL分三次洗涤，水洗数次至离心后上清液澄清，清洗后的沉淀物复溶于18mL硼酸-硼酸钠缓冲溶液(0.2M，pH＝8)中，4℃暗处保存。

对比例2

将实施例2中的TCBPE替换为TPE(四苯乙烯)，其余与实施例1相同，制得以TPE为荧光染料制备的微球。

对比例3

将实施例2中的TCBPE替换为TCPE(四苯乙烯酸四甲酯，TCPE的合成方法来自文献Rigidifying Fluorescent Linkers by Metal--Organic Framework Formation forFluorescence Blue Shift and Quantum Yield Enhancement.Journal of the AmericanChemical Society[J].2014，136(23)，8269-8276中报道)，其余与实施例1相同，制得以TCPE为荧光染料制备的微球。

实施例4微球荧光性能表征

分别取实施例2和对比例1制得物配制成相同浓度(0.1mg/mL)后，分别在同等强度的紫外光下照射或可见光下观看，观察其荧光强度，结果如图3所示。

分别取实施例2和对比例2、3制得物配制成相同浓度(0.1mg/mL)后，分别在同等强度的紫外光下照射或可见光下观看，观察其荧光强度，结果如图3所示。

从图3可知，相同浓度(0.1mg/mL)的传统荧光素酯微球和本发明微球，在同等强度的紫外光下本发明荧光微球的荧光强度比传统荧光素酯微球强约10倍；相同浓度(0.1mg/mL)相同荧光染料载量(30m/mL)的TPE荧光微球、TCPE荧光微球和本发明微球，在同一紫外光照射下，本发明荧光微球荧光强度分别为TPE荧光微球的50倍，TCPE荧光微球的20倍。因此，本发明制得的聚集诱导发光荧光微球具有良好的荧光性能。

实施例5

将实施例2制得的微球进行荧光光谱分析，结果如图4所示。从图4可知，制得的荧光微球的激发波长为364nm，发射波长为502nm。

Claims (6)

1.一种基于聚集诱导发光的四联苯乙烯酸四甲酯荧光微球的制备方法，其特征在于，将四联苯乙烯酸四甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚马来酸酐十八醇酯溶于三氯甲烷溶剂，之后分散，在冰浴条件下，将溶液制成微乳，将该微乳除去三氯甲烷，离心取沉淀物，清洗沉淀物，将清洗后的沉淀物复溶于缓冲液中，即制得聚集诱导发光荧光微球；所述四联苯乙烯酸四甲酯溶于三氯甲烷后的终浓度为10-100mg/mL；所述聚甲基丙烯酸甲酯、聚马来酸酐十八醇酯溶于三氯甲烷后的终浓度均为10-500mg/mL；所述分散用的试剂为质量浓度为0.1~10%的十二烷基硫酸钠溶液。

2.根据权利要求1所述的一种基于聚集诱导发光的四联苯乙烯酸四甲酯荧光微球的制备方法，其特征在于，复溶重悬液为0.05-0.5 M pH为5-9的硼酸-硼酸钠缓冲溶液。

3.根据权利要求1所述的一种基于聚集诱导发光的四联苯乙烯酸四甲酯荧光微球的制备方法，其特征在于，所述微乳是在冰浴条件下，将分散后的溶液经细胞破碎仪超声乳化而制成，乳化的时间为1~60min，乳化功率为600W。

4.根据权利要求1所述的一种基于聚集诱导发光的四联苯乙烯酸四甲酯荧光微球的制备方法，其特征在于，去除三氯甲烷后的微乳离心时的转速为4000-15000rpm，时间为10-30分钟。

5.根据权利要求1所述的一种基于聚集诱导发光的四联苯乙烯酸四甲酯荧光微球的制备方法，其特征在于，所述沉淀物的清洗是以0.01M的氢氧化钠作为洗涤剂洗涤3次后，用蒸馏水洗涤至离心后上清液澄清即可，其中，洗涤剂用量为微球复溶后总体积的三倍。

6.根据权利要求1所述的一种基于聚集诱导发光的四联苯乙烯酸四甲酯荧光微球的制备方法，其特征在于，制得的聚集诱导发光荧光微球的直径为0.05～1μm。

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