CN109913215B

CN109913215B - 一种近紫外碳基荧光探针及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN109913215B
Application number: CN201910187890.4A
Authority: CN
Inventors: 王忠霞; 王伟; 王文娟
Original assignee: Yancheng Institute of Technology
Current assignee: Yancheng Institute of Technology
Priority date: 2019-03-13
Filing date: 2019-03-13
Publication date: 2021-10-08
Anticipated expiration: 2039-03-13
Also published as: CN109913215A

Abstract

本发明公开了一种近紫外碳基荧光探针及其制备方法和应用，制备方法包括如下步骤：称取氮化硼、磷酸或磷酸盐溶于中性溶液中，水热反应，即得。本发明采用简单的水热合成法制备高荧光量子产率的NUCFPs，有效增加荧光发光特性，有利于扩展碳基荧光材料在药物分子检测中的应用范围，解决了碳基纳米探针短波发射空白及碳基掺杂材料对药物分子选择性差这两大技术难题，实现了药物分子高选择性的检测。结果表明，该NUCFPs对6‑MP具有非常好的特异性作用，能实现其高灵敏度检测。本发明所制得的产品不仅可用于6‑MP药物分子的检测，同时还可以通过加入氧化性物质使其释放出来，有待用于细胞药物释放的研究领域。该方法制备工艺简单、操作条件温和。

Description

一种近紫外碳基荧光探针及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于光学领域，具体涉及一种近紫外碳基荧光探针及其制备方法和应用。

背景技术

6-巯基嘌呤（6-MP），又称巯嘌呤，为嘌呤类抗代谢药，对多种肿瘤有抑制作用。临床上主要用于急性白血病、绒毛腺皮癌、恶性葡萄胎等的治疗。但是长期服用6-MP会对人体产生肝损伤和骨髓抑制等副作用，所以对用药病人进行6-MP药物浓度实时监测具有重要的生物学意义。基于人类以及生态系统的发展前景，发展一种高选择、高灵敏以及简单有效的方法来实时监测6-MP含量显得尤为重要。多元素掺杂碳基纳米材料作为荧光纳米材料家族中一位崭新的成员，以其优异的光学性能及形貌特性，使其在细胞标记、活体成像、医疗诊断和环境分析检测等领域得到较为广泛的应用，它的出现有望在现代材料科学领域引发一轮革命，应用前景非常广阔。利用近紫外碳基荧光探针（NUCFPs）独特的光学特性和结构组成与血液中6-MP药物分子的特异性结合，将有望制备低浓度药物分子检测的传感装置。目前，近紫外碳基荧光纳米探针的制备主要采用高温热解掺杂技术，所得产物量子产率低、选择性差，从而严重影响对复杂体系中药物分子检测的选择性和灵敏度。

发明内容

针对现有问题的不足，本发明的第一个目的是提供一种近紫外碳基荧光探针的制备方法；本发明的第二个目的是提供一种近紫外碳基荧光探针；本发明的第三个目的是提供一种近紫外碳基荧光探针的应用。

本发明采用简单的水热合成法制备高荧光量子产率的NUCFPs，有效增加荧光发光特性，有利于扩展碳基荧光材料在药物分子检测中的应用范围，解决了碳基纳米探针短波发射空白及碳基掺杂材料对药物分子选择性差这两大技术难题，实现了药物分子高选择性的检测。结果表明，该NUCFPs对6-MP具有非常好的特异性作用，能实现其高灵敏度检测。本发明所制得的产品不仅可用于6-MP药物分子的检测，同时还可以通过加入氧化性物质使其释放出来，有待用于细胞药物释放的研究领域。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种近紫外碳基荧光探针的制备方法，称取氮化硼、磷酸或磷酸盐溶于中性溶液中，水热反应，即得光学性能优异的近紫外碳基荧光探针。

作为本申请的优选技术方案，所述制备方法包括如下具体步骤：按质量比1~3:1~2称取氮化硼、磷酸或磷酸盐置于容器中，然后逐次加入水和乙醇，室温下超声后，将其装到聚四氟乙烯的高温反应釜中，在180 ℃条件下反应12.0 h后，自然冷却至室温；得到淡黄色溶液置于冰箱中静置1周（用以去除一些大体积的颗粒物质），最后将产物离心清洗，即得。

作为本申请的优选技术方案，所述超声时间为40 min。

作为本申请的优选技术方案，所述离心清洗转速为9,000~10,000 rpm，离心时间为30 min。

作为本申请的优选技术方案，所述磷酸盐选自磷酸氢二钠、磷酸二氢钠和磷酸钠中的一种或多种。

优选的，所述磷酸盐为磷酸二氢钠，且氮化硼与磷酸二氢钠的质量比为2:1。以磷酸二氢根阴离子为掺杂前驱体，有利于磷原子在纳米材料中的掺杂以提高荧光材料的量子产率。

本发明还保护上述任一所述的制备方法制备得到的近紫外碳基荧光探针。

本发明还保护上述近紫外碳基荧光探针在检测6-巯基嘌呤中的应用。NUCFPs纳米材料表面含有缺电子的B原子，其对6-MP具有特异性的结合作用，对6-MP具有很强的选择性。

作为本申请的优选技术方案，所述应用包括如下具体方法：量取浓度2.0 mg mL⁻¹近紫外碳基荧光探针10.0 μL 置于2.0 mL的离心管中，依次加入50 µL 50 mmol/L pH 7.4Tris-HNO₃缓冲溶液，不同浓度的6-巯基嘌呤标准溶液，孵化后用二次水将其定容到500 μL，最后静置反应30 min后，在激发波长为320 nm、激发和发射狭缝宽分别为5和5 nm的条件下，测其近紫外碳基荧光探针最大荧光发射强度在λem=345 nm的变化；然后根据近紫外碳基荧光探针的荧光淬灭程度（[(FL₀-FL)/FL₀]）绘制标准曲线；测试待测样品时，根据测试待测样品的荧光淬灭程度与标准曲线对比，得到相应的待测样品浓度。

本发明还保护上述近紫外碳基荧光探针应用于药物输送载体，及医学研究、荧光装置的材料和复合纳米材料的制备等许多领域。

有益效果

（1）本发明采用简单的水热合成法合成均匀分散的NUCFPs纳米探针材料，有效提高了探针材料单位面积表面活性位点的特异性，使其在短波发射区域发射，拓展了传统碳基材料中波发射的范围，有利于扩展碳基荧光材料在医学检测中的应用范围，解决了碳基材料在短波发射的短板这一技术难题，实现了药物小分子高选择性的检测。荧光实验测试表明，该NUCFPs荧光纳米材料对6-MP具有优异的特异性作用，在优化条件下实现对其高灵敏度检测；

（2）本发明所制得的产品不仅可用于药物分子的检测，同时还可应用于药物输送载体，及医学研究、荧光装置的材料和复合纳米材料的制备等许多领域；

（3）本发明制备工艺简单、操作条件温和。

附图说明

图1 A）是NUCFPs的紫外光谱图以及NUCFPs在320 nm激发下的发射光谱图；B）是NUCFPs荧光纳米探针的激发波长优化图；

图2是制备NUCFPs荧光纳米探针不同配比优化图；

图3是制备NUCFPs荧光纳米探针磷盐前驱体优化图；

图4是NUCFPs荧光纳米探针荧光检测6-MP；

图5是NUCFPs荧光纳米探针选择性的考察。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明做进一步详细说明。所用试剂或者仪器设备未注明生产厂商的，均视为可以通过市场购买的常规产品。

实施例1：

（1）水热法制备NUCFPs材料：称取0.11 g 氮化硼和0.055 g 磷酸二氢钠置于10mL烧杯中，然后逐次加入2.5 mL水和2.5 mL乙醇，室温下超声40 min后，将其装到聚四氟乙烯的高温反应釜中，在180 ℃条件下反应12.0 h后，自然冷却至室温（25 ℃）。得到淡黄色溶液置于冰箱中静置1周用以去除一些大体积的颗粒物质，最后将产物离心清洗，离心清洗转速为9,000~10,000 rpm，离心时间为30 min，即制得光学性能优异的NUCFPs，离心清洗后的淡黄色上清液在4 ℃下保存；

（2）磷酸二氢根阴离子和氮化硼使用比例的优化：在相同的实验条件下，分别称取氮化硼和磷酸二氢根阴离子之间的质量比为1:1，1:2，2:1，3:1的四组不同的混合物置于10mL烧杯中，然后逐次加入2.5 mL水和2.5 mL乙醇，室温下超声40 min后，将其装到聚四氟乙烯的高温反应釜中，在180 ℃条件下反应12.0 h后，自然冷却至室温（25 ℃）。在相同的条件下（λex=320nm）测其荧光强度，选取荧光强度最强的比例为最佳反应配比。

（3）不同的磷酸盐阴离子调控NUCFPs荧光强度优化：在相同的实验条件下，分别称取氮化硼和不同磷盐（包括磷酸氢二钠，磷酸二氢钠，磷酸和磷酸钠），后者之间的质量配比控制在2:1的四组不同的混合物置于10 mL烧杯中，然后逐次加入2.5 mL水和2.5 mL乙醇，室温下超声40 min后，将其装到聚四氟乙烯的高温反应釜中，在180 ℃条件下反应12.0 h后，自然冷却至室温（25 ℃）。在相同的条件下（λex=320nm）测其荧光强度，选取荧光强度最强的一组混合物为最佳磷盐前驱体。

（4）NUCFPs荧光检测6-MP：一种典型检测药物分子的过程如下所示：量取10.0 μLNUCFPs（2.0 mg mL⁻¹）置于2.0 mL的离心管中，依次加入50 µL 50 mmol/L pH 7.4 Tris-HNO₃缓冲溶液，不同浓度的6-MP标准溶液，孵化几十秒后用二次水将其定容到500 μL，最后静置反应30 min后，在激发波长为320 nm、激发和发射狭缝宽分别为5和5 nm的条件下，测其NUCFPs最大荧光发射强度（λem=345 nm）的变化。然后根据NUCFPs的荧光淬灭程度（[(FL₀-FL)/FL₀]）绘制标准曲线。

所制得的NUCFPs纳米探针经过荧光光谱测定其发射波长在近紫外区（345 nm，图1A）。通过对NUCFPs激发波长的优化发现，且考虑到波长形状的完整性，实验结果表明NUCFPs的最佳激发波长在320 nm处（图1B）。为了得到荧光性能较好且荧光量子产率较高的碳基荧光探针，在合成过程中我们对氮化硼和磷酸二氢根阴离子之间的配比进行了优化，实验结果表明氮化硼和磷酸二氢根阴离子之间的配比为2:1时，其光学性能以及量子产率都达到了较好的结果（图2）；除了优化它们之间的配比，我们对其磷盐的前驱体也进行了优化，通过大量的实验数据表明磷酸二氢根阴离子是决定NUCFPs材料光学性能以及量子产率的决定因素（图3），这主要取决于磷酸二氢根的结构，即前驱体分子中含有羟基（-OH）数量以及氧负离子的数量对其和氮化硼反应的机理起决定性作用。我们使用这种光学性能优异的NUCFPs材料对6-MP进行了高灵敏检测（图4），结果表明NUCFPs对6-MP检测的线性范围宽，检测限低。图5在同等条件下（Tris-HNO₃，pH=7.4）对其构建的传感器进行了选择性的考察，结果显示基于NUCFPs对6-MP检测具有很好的选择性，以上表明，NUCFPs纳米荧光材料对6-MP具有良好的灵敏度和选择性。

综上所述，上述实施例（1）使用简单的水热技术制备NUCFPs；（2）探讨氮化硼和磷酸二氢根阴离子比例对荧光强度的影响；（3）研究不同磷的前驱体对荧光强度的选择；（4）利用NUCFPs荧光探针检测6-MP。本发明的优点是：本发明采用简单的水热合成法制备高荧光量子产率的NUCFPs，有效增加荧光发光特性，有利于扩展碳基荧光材料在药物分子检测中的应用范围，解决了碳基纳米探针短波发射空白及碳基掺杂材料对药物分子选择性差这两大技术难题，实现了药物分子高选择性的检测。实验结果表明，该NUCFPs对6-MP具有非常好的特异性作用，能实现其高灵敏度检测。本发明所制得的产品不仅可用于6-MP药物分子的检测，同时还可以通过加入氧化性物质使其释放出来，有待用于细胞药物释放的研究领域。该方法制备工艺简单、操作条件温和。

本发明的保护内容不局限于以上实施例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求为保护范围。

Claims

1.一种近紫外碳基荧光探针的制备方法，其特征在于，包括如下具体步骤：按质量比1~3:1称取氮化硼、磷酸二氢钠置于容器中，然后逐次加入水和乙醇，室温下超声后，将其装到聚四氟乙烯的高温反应釜中，在180 ℃条件下反应12.0 h后，自然冷却至室温；得到淡黄色溶液置于冰箱中静置1周用以去除一些大体积的颗粒物质，最后将产物离心清洗，即得。

2.权利要求1所述的制备方法制备得到的近紫外碳基荧光探针。

3.权利要求2所述的近紫外碳基荧光探针在检测6-巯基嘌呤中的应用。

4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，包括如下具体方法：量取浓度2.0 mg mL⁻¹近紫外碳基荧光探针10.0 µL 置于2.0 mL的离心管中，依次加入50 µL 50 mmol/L、pH 7.4的Tris-HNO₃缓冲溶液，不同浓度的6-巯基嘌呤标准溶液，孵化后用二次水将其定容到500µL，最后静置反应30 min后，在激发波长为320 nm、激发和发射狭缝宽分别为5 nm和5 nm的条件下，测其近紫外碳基荧光探针最大荧光发射强度在λem=345 nm的变化；然后根据近紫外碳基荧光探针的荧光淬灭程度[(FL₀-FL)/FL₀]绘制标准曲线；测试待测样品时，根据测试待测样品的荧光淬灭程度与标准曲线对比，得到相应的待测样品浓度。