CN111234819B - 稀土掺杂纳米探针及制备及新冠状病毒检测探针 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了稀土掺杂纳米探针及制备及新冠状病毒检测探针。其中，稀土掺杂纳米探针，为核壳结构镨掺杂氟化镥钠包覆氟化钇钠，其组成为：NaLu1‑xF4:Prx@NaYF4，其中，NaLu1‑xF4为基质，掺杂离子为Pr；冒号“:”表示为镨掺杂；x为稀土离子掺杂摩尔比，x的范围为0.0005～0.05；NaYF4为壳层，@表示NaYF4包覆在NaLu1‑xF4:Prx表面。本发明利用稀土氟化物作为基质，通过不同稀土离子的掺杂，合成了高性能的镨掺杂氟化镥钠纳米探针，镥的掺杂以及掺杂比例进一步降低基质的声子能，提高能量转化的效率，而镨的掺杂可以利用镨在610nm左右的发光，方便了其检测，故而制备出了光化学性质稳定强、发光寿命长的稀土纳米探针。

Description

稀土掺杂纳米探针及制备及新冠状病毒检测探针
技术领域
本发明涉及稀土掺杂纳米探针及制备及新冠状病毒检测探针。
背景技术
在最新的《新型冠状病毒肺炎诊疗方案(试行第七版)》中提出了血清检测，明确了血清学检查中的新冠病毒特异性IgG和IgM抗体检测的意义。方案中新增了血清新型冠状病毒特异性lgM抗体和lgG抗体阳性；血清新型冠状病毒特异性IgG抗体由阴性转为阳性或恢复期较急性期4倍及以上升高。
目前市场上新型冠状病毒IgM/IgG抗体的检测方法大部分为胶体金法，但胶体金法只能够进行定性检测，灵敏度仍然存在不足。相比于胶体金法，基于稀土纳米探针的检测新冠病毒的方法灵敏度高，可以避免IgM假阴性，线性范围广，能够实现高准确性的IgG滴度筛选，能够为特免血浆的筛选提供有效的技术手段。此外，目前荧光免疫层析方法采用的探针多数为量子点或荧光染料等，相比于这些探针，稀土纳米探针具有高光化学稳定性、荧光寿命长、发射峰窄和Stokes位移大等优势。
因此开发一种高性能的稀土纳米探针用于新冠病毒检测具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术存在的问题，提供一种背景干扰小、灵敏度高稀土掺杂纳米探针及制备及新冠状病毒检测探针。
实现本发明目的的技术方案分成三个方面：
本发明的第一个技术方案是：稀土掺杂纳米探针，为核壳结构镨掺杂氟化镥钠包覆氟化钇钠，其组成为：NaLu1-xF4:Prx@NaYF4，其中，NaLu1-xF4为基质，掺杂离子为Pr；冒号“:”表示为镨掺杂；x为稀土离子掺杂摩尔比，x的范围为0.0005～0.05；NaYF4为壳层，@表示NaYF4包覆在NaLu1-xF4:Prx表面。
所述稀土掺杂纳米探针尺寸为40～60nm。
所述的稀土掺杂氟化镥钠纳米探针用365nm光激发，在450～700nm具有荧光发射。
本发明的第二个技术方案是稀土掺杂纳米探针的方法，包括以下步骤：
步骤一：制备镨掺杂氟化镥钠核：在容器中，加入溶剂、x份镨的化合物、1-x份镥的化合物、含Na离子和氟离子的混合溶液，并进行反应；随后用环己烷乙醇混合液洗涤，分散于环己烷中，得到镨掺杂氟化镥钠核核的环己烷溶液，其中x为稀土离子掺杂摩尔比，x的范围为0.0005～0.05；
步骤二：制备核壳结构稀土纳米探针：在容器中，加入含钇的溶液、含Na离子和氟离子的混合溶液、镨掺杂氟化镥钠核的环己烷溶液，并进行反应，用环己烷乙醇混合液洗涤3～4次，分散于环己烷中；用酸洗法将探针转移至水相，再在探针表面修饰羧基，得到水溶性核壳结构NaLu1-xF4:Prx@NaYF4稀土纳米探针；
步骤三：活化核壳结构稀土纳米探针：对步骤二的核壳结构稀土纳米探针进行超声波处理和离心处理，对沉淀物用10～100mM，pH为5.0～7.0的MES溶液洗涤；加入碳二亚胺、N-羟基硫代琥珀酰亚胺，混匀后高速离心，对沉淀物用pH为5.0～7.0的MES溶液洗涤，即得到活化核壳结构稀土纳米探针。
所述步骤一中，溶剂为体积比为3～6∶7～14的油酸和1-十八烯。
所述步骤一中，所述镨的化合物、镥的化合物为镨的硝酸盐或醋酸盐或氯化物和镥的硝酸盐或醋酸盐或氯化物。
本发明的第三个技术方案是新型冠状病毒检测探针，通过共价键将稀土掺杂纳米探针与IgM/IgG抗体或新型冠状病毒N蛋白抗原/抗体相连。
采用了上述技术方案后，本发明具有积极的效果：(1)本发明利用稀土氟化物作为基质，通过不同稀土离子的掺杂，合成了高性能的镨掺杂氟化镥钠纳米探针，镥的掺杂以及掺杂比例进一步降低基质的声子能，提高能量转化的效率，而镨的掺杂可以利用镨在610nm左右的发光，方便了其检测，故而制备出了光化学性质稳定强、发光寿命长的稀土纳米探针。
(2)本发明将稀土纳米探针活化后通过共价键将材料与抗原/抗体相连，可以用于新型冠状病毒抗原/抗体检测，具有背景干扰小、灵敏度高等特点。
(3)本发明的方法利用高温共沉淀法控制反应条件首先可控合成了形貌均一分散性良好的镨掺杂氟化镥钠核结构，然后再通过外延生长法最终得到核壳结构的镨掺杂氟化镥钠包覆氟化钇钠，制备工艺清晰可控。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1为本发明的稀土纳米探针的透射电子显微镜图。
图2为本发明的稀土纳米探针在365nm激发下的荧光光谱图。
图3为本发明不同稀土醋酸盐掺杂比例荧光光谱对比图
图4为本发明不同稀土盐合成的纳米粒子荧光光谱对比图
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
(实施例1)
步骤一、制备镨掺杂氟化镥钠核：
在100mL三口圆底烧瓶中，加入4.5mL油酸和12.5mL 1-十八烯，再按摩尔比例，加入0.3998mmol醋酸镥和0.0002mmol醋酸镨，在室温下混合搅拌，抽真空，随后升温至120℃，反应20分钟，再升温至160℃，反应10分钟，得到透明溶液；自然冷却至50℃，释放真空，加入1mmol NaOH和1.6mmol氟化铵甲醇混合溶液，反应30min；升温至100℃，抽气换气3次，通入氮气，升温至300℃，反应1.5小时，6000rpm离心，用环己烷乙醇混合液洗涤3次，分散于环己烷中，合成NaLu0.9995F4:Pr0.0005。稀土发光材料尤其是本发明选择的稀土氟化物发光材料具有较低的声子能，能够有效降低非辐射跃迁提高发光强度的优点。同时由于稀土氟化物材料还具有高光化学稳定性、生物兼容性、长荧光寿命和可调谐荧光发射波长等优点。
步骤二、制备核壳结构稀土纳米探针：
在100mL三口圆底烧瓶中，加入3mL油酸和7mL1-十八烯，加入0.4mmol醋酸钇，混合搅拌，在室温下混合搅拌，抽真空，随后升温至120℃，反应20分钟，再升温至160℃，反应10分钟，得到透明溶液；自然冷却至50℃，释放真空，加入1mmol NaOH和1.6mmol氟化铵甲醇混合溶液，4mL NaLu0.9995F4:Pr0.0005纳米探针环己烷溶液，混合搅拌，反应30min；升温至100℃，抽气换气3次，通入氮气，升温至290℃，反应1小时，6000rpm离心，用环己烷乙醇混合液洗涤3次，分散于环己烷中；利用酸洗法将探针转移至水相，再在探针表面修饰羧基，得到分散性好的水溶性NaLu0.9995F4:Pr0.0005@NaYF4稀土纳米荧光探针。
(实施例2)
步骤一、制备镨掺杂氟化镥钠核：
在100mL三口圆底烧瓶中，加入4.5mL油酸和12.5mL 1-十八烯，再按摩尔比例，加入0.38mmol醋酸镥和0.02mmol醋酸镨，在室温下混合搅拌，抽真空，随后升温至120℃，反应20分钟，再升温至160℃，反应10分钟，得到透明溶液；自然冷却至50℃，释放真空，加入1mmol NaOH和1.6mmol氟化铵甲醇混合溶液，反应30min；升温至100℃，抽气换气3次，通入氮气，升温至300℃，反应1.5小时，6000rpm离心，用环己烷乙醇混合液洗涤3次，分散于环己烷中，合成NaLu0.95F4:Pr0.05。稀土发光材料尤其是本发明选择的稀土氟化物发光材料具有较低的声子能，能够有效降低非辐射跃迁提高发光强度的优点。同时由于稀土氟化物材料还具有高光化学稳定性、生物兼容性、长荧光寿命和可调谐荧光发射波长等优点。
步骤二、制备核壳结构稀土纳米探针：
在100mL三口圆底烧瓶中，加入3mL油酸和7mL1-十八烯，加入0.4mmol醋酸钇，混合搅拌，在室温下混合搅拌，抽真空，随后升温至120℃，反应20分钟，再升温至160℃，反应10分钟，得到透明溶液；自然冷却至50℃，释放真空，加入1mmol NaOH和1.6mmol氟化铵甲醇混合溶液，4mL NaLu0.95F4:Pr0.05纳米探针环己烷溶液，混合搅拌，反应30min；升温至100℃，抽气换气3次，通入氮气，升温至290℃，反应1小时，6000rpm离心，用环己烷乙醇混合液洗涤3次，分散于环己烷中；利用酸洗法将探针转移至水相，再在探针表面修饰羧基，得到分散性好的水溶性NaLu0.95F4:Pr0.05@NaYF4稀土纳米荧光探针。
(实施例3)
步骤一、制备镨掺杂氟化镥钠核：
在100mL三口圆底烧瓶中，加入4.5mL油酸和12.5mL 1-十八烯，再按摩尔比例，加入0.398mmol硝酸镥和0.002mmol硝酸镨，在室温下混合搅拌，抽真空，随后升温至120℃，反应20分钟，再升温至160℃，反应10分钟，得到透明溶液；自然冷却至50℃，释放真空，加入1mmol NaOH和1.6mmol氟化铵甲醇混合溶液，反应30min；升温至100℃，抽气换气3次，通入氮气，升温至300℃，反应1.5小时，6000rpm离心，用环己烷乙醇混合液洗涤3次，分散于环己烷中，合成NaLu0.995F4:Pr0.005。稀土发光材料尤其是本发明选择的稀土氟化物发光材料具有较低的声子能，能够有效降低非辐射跃迁提高发光强度的优点。同时由于稀土氟化物材料还具有高光化学稳定性、生物兼容性、长荧光寿命和可调谐荧光发射波长等优点。
步骤二、制备核壳结构稀土纳米探针：
在100mL三口圆底烧瓶中，加入3mL油酸和7mL1-十八烯，加入0.4mmol硝酸钇，混合搅拌，在室温下混合搅拌，抽真空，随后升温至120℃，反应20分钟，再升温至160℃，反应10分钟，得到透明溶液；自然冷却至50℃，释放真空，加入1mmol NaOH和1.6mmol氟化铵甲醇混合溶液，4mL NaLu0.995F4:0.005Pr纳米探针环己烷溶液，混合搅拌，反应30min；升温至100℃，抽气换气3次，通入氮气，升温至290℃，反应1小时，6000rpm离心，用环己烷乙醇混合液洗涤3次，分散于环己烷中；利用酸洗法将探针转移至水相，再在探针表面修饰羧基，得到分散性好的水溶性NaLu0.995F4:Pr0.005@NaYF4稀土纳米荧光探针。
(实施例4)
步骤一、制备镨掺杂氟化镥钠核：
在100mL三口圆底烧瓶中，加入4.5mL油酸和12.5mL 1-十八烯，再按摩尔比例，加入0.398mmol醋酸镥和0.002mmol醋酸镨，在室温下混合搅拌，抽真空，随后升温至120℃，反应20分钟，再升温至160℃，反应10分钟，得到透明溶液；自然冷却至50℃，释放真空，加入1mmol NaOH和1.6mmol氟化铵甲醇混合溶液，反应30min；升温至100℃，抽气换气3次，通入氮气，升温至300℃，反应1.5小时，6000rpm离心，用环己烷乙醇混合液洗涤3次，分散于环己烷中，合成NaLu0.995F4:Pr0.005。稀土发光材料尤其是本发明选择的稀土氟化物发光材料具有较低的声子能，能够有效降低非辐射跃迁提高发光强度的优点。同时由于稀土氟化物材料还具有高光化学稳定性、生物兼容性、长荧光寿命和可调谐荧光发射波长等优点。
步骤二、制备核壳结构稀土纳米探针：
在100mL三口圆底烧瓶中，加入3mL油酸和7mL1-十八烯，加入0.4mmol醋酸钇，混合搅拌，在室温下混合搅拌，抽真空，随后升温至120℃，反应20分钟，再升温至160℃，反应10分钟，得到透明溶液；自然冷却至50℃，释放真空，加入1mmol NaOH和1.6mmol氟化铵甲醇混合溶液，4mL NaLu0.995F4:Pr0.005纳米探针环己烷溶液，混合搅拌，反应30min；升温至100℃，抽气换气3次，通入氮气，升温至290℃，反应1小时，6000rpm离心，用环己烷乙醇混合液洗涤3次，分散于环己烷中；利用酸洗法将探针转移至水相，再在探针表面修饰羧基，得到分散性好的水溶性NaLu0.995F4:Pr0.005@NaYF4稀土纳米荧光探针。
步骤三、活化核壳结构稀土纳米探针：：
超声波处理荧光微球2min后，取200μl荧光微球以14000rpm高速离心15min后，沉淀物用100mM，pH为6.0的MES溶液洗涤至1ml，超声波处理2min；加入50μl的100mg/ml碳二亚胺，混匀5min，再加入100μl的100mg/ml N-羟基硫代琥珀酰亚胺，混匀15min后14000rpm高速离心15min，沉淀用pH为6.0的MES溶液洗涤至1ml。
活化后的稀土纳米探针经超声波处理2min后分别加入适量的IgM/IgG抗体或新型冠状病毒N蛋白抗原/抗体，50～200μg抗原或抗体/200μl纳米探针，做好标识，置于室温避光偶联2h后封闭1h，用保存液清洗2次，14000rpm离心15分钟。混匀2小时，取沉淀物，得到新型冠状病毒检测探针。
如图1所示，核壳结构稀土纳米探针尺寸约为60nm，且形貌均一，发光性能好。如图2所示，纳米探针激发波长为365nm，发射波长为610nm。图3中，曲线1对应实施例1，曲线2对应实施例4，曲线3对应实施例2。图4中，为实施例3与实施例4的对比曲线。可见，NaLu1-xF4:Prx@NaYF4纳米探针中x摩尔比最优选为0.005。原料最优选为稀土醋酸盐。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.稀土掺杂纳米探针，其特征在于：为核壳结构镨掺杂氟化镥钠包覆氟化钇钠，其组成为：NaLu1-xF4:Prx@NaYF4，其中，NaLu1-xF4为基质，掺杂离子为Pr；冒号“:”表示为镨掺杂；x为稀土离子掺杂摩尔比，x为0.0005、0.005或0.05；NaYF4为壳层，@表示NaYF4包覆在NaLu1-xF4:Prx表面；所述的稀土掺杂纳米探针用365nm光激发，在450～700nm具有荧光发射。
2.根据权利要求1所述的稀土掺杂纳米探针，其特征在于：所述稀土掺杂纳米探针尺寸为40～60nm。
3.新型冠状病毒检测探针，其特征在于：通过共价键将权利要求1-2之一所述的稀土掺杂纳米探针与IgM/IgG抗体或新型冠状病毒N蛋白抗原/抗体相连。
4.制备权利要求1至2之一所述的稀土掺杂纳米探针的方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：制备镨掺杂氟化镥钠核：在容器中，加入溶剂、x份镨的化合物、1-x份镥的化合物，在室温下混合搅拌，抽真空，随后升温至120℃，反应20分钟，再升温至160℃，反应10分钟，得到透明溶液；自然冷却至50℃，释放真空，将含Na离子和氟离子的混合溶液加入上述溶液中，反应30min；升温至100℃，抽气换气3次，通入氮气，升温至300℃，反应1.5小时，6000rpm离心，随后用环己烷乙醇混合液洗涤，分散于环己烷中，得到镨掺杂氟化镥钠核的环己烷溶液，其中x为稀土离子掺杂摩尔比，x为0.0005、0.05或0.05；
步骤二：制备核壳结构稀土纳米探针：在容器中，加入溶剂、钇的化合物，在室温下混合搅拌，抽真空，随后升温至120℃，反应20分钟，再升温至160℃，反应10分钟，得到透明溶液；自然冷却至50℃，释放真空，加入含Na离子和氟离子的混合溶液、镨掺杂氟化镥钠核的环己烷溶液，混合搅拌，反应30min；升温至100℃，抽气换气3次，通入氮气，升温至290℃，反应1小时，6000rpm离心；用环己烷乙醇混合液洗涤3～4次，分散于环己烷中；用酸洗法将探针转移至水相，再在探针表面修饰羧基，得到水溶性核壳结构NaLu1-xF4:Prx@NaYF4稀土纳米探针；
步骤三：活化核壳结构稀土纳米探针：对步骤二的核壳结构稀土纳米探针进行超声波处理和离心处理，对沉淀物用10～100mM，pH为5.0～7.0的MES溶液洗涤；加入碳二亚胺、N-羟基硫代琥珀酰亚胺，混匀后高速离心，对沉淀物用pH为5.0～7.0的MES溶液洗涤，即得到活化核壳结构稀土纳米探针。
5.根据权利要求4所述的稀土掺杂纳米探针的方法，其特征在于：所述步骤一中，溶剂为体积比为3～6：7～14的油酸和1-十八烯。
6.根据权利要求5所述的稀土掺杂纳米探针的方法，其特征在于：所述步骤一中，所述镨的化合物、镥的化合物为镨的硝酸盐或醋酸盐或氯化物和镥的硝酸盐或醋酸盐或氯化物。
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