CN111253931B - 一种基于上转换核壳共价有机框架材料及制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于上转换核壳共价有机框架材料及制备方法与应用，以上转换纳米粒子为核、以共价有机框架材料为壳的核壳结构，所述核壳结构的粒径为纳米级，所述共价有机框架材料为1,3,5‑三(4‑氨基苯基)苯与2,5‑二甲氧基对苯二甲醛以碳氮双键连接的席夫碱型的共价有机框架。其制备方法为：将上转换纳米粒子与1,3,5‑三(4‑氨基苯基)苯混合，然后滴加2,5‑二甲氧基对苯二甲醛进行席夫碱反应；或，将上转换纳米粒子与2,5‑二甲氧基对苯二甲醛混合，然后滴加1,3,5‑三(4‑氨基苯基)苯进行席夫碱反应。

Description

一种基于上转换核壳共价有机框架材料及制备方法与应用
技术领域
本发明涉及纳米材料制备技术领域，涉及一种基于上转换核壳共价有机框架材料及制备方法与应用。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
共价有机框架材料是由多种有机单元通过共价键链接而构筑的有机材料，由于构筑基团的多样性、构建反应的多样性及合成方法可控性，共价有机框架材料具有众多优点。而且共价有机框架(COFs)材料是一种纯有机的晶态多孔材料，与金属有机框架(MOFs)相比，理应具有更高的生物相容性，而更适合生物医学应用。
上转换纳米粒子(UCNPs)是一种特殊的光学材料，可以吸收NIR光子并发出紫外线(UV)和可见光。由于其独特的光学特性，UCNP被广泛用于前沿生物医学研究中，如荧光标记，显像剂和生物医学。迄今为止，上转换发光都发生在掺杂稀土离子的化合物中，主要有氟化物、氧化物、含硫化合物、氟氧化物、卤化物等。与传统典型的发光过程(只涉及一个基态和一个激发态)不同，上转换过程需要许多中间态来累积低频的激发光子的能量。其中主要有三种发光机制：激发态吸收、能量转换过程、光子雪崩。这些过程均是通过掺杂在晶体颗粒中的激活离子能级连续吸收一个或多个光子来实现的，而那些具有f电子和d电子的激活离子因具有大量的亚稳能级而被用来上转换发光。高效率的上转换过程，只能靠掺杂三价稀土离子实现，因其有较长的亚稳能级寿命。
发明内容
近红外激发的上转换荧光材料做生物荧光标志可以避免因紫外光激发生物体本身而产生的干扰信号。红外光的激发可以到达生物组织的更深层,检测成像更加容易。然而，经本发明的发明人研究发现，目前上转换纳米粒子与COFs结合后，复合材料的粒径难以控制至纳米级别，导致材料的生物相容性较差，从而难以用于制备生物诊疗的试剂。
为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于上转换核壳共价有机框架材料及制备方法与应用，能够使材料具有纳米尺寸，从而具有更优异的生物相容性。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
一方面，一种基于上转换核壳共价有机框架材料，其结构为以上转换纳米粒子为核、以共价有机框架材料为壳的核壳结构，所述核壳结构的粒径为纳米级，所述共价有机框架材料为1,3,5-三(4-氨基苯基)苯与2,5-二甲氧基对苯二甲醛以碳氮双键连接的席夫碱型的共价有机框架。
另一方面，一种基于上转换核壳共价有机框架材料的制备方法，将上转换纳米粒子与1,3,5-三(4-氨基苯基)苯混合，然后滴加2,5-二甲氧基对苯二甲醛进行席夫碱反应；
或，将上转换纳米粒子与2,5-二甲氧基对苯二甲醛混合，然后滴加1,3,5-三(4-氨基苯基)苯进行席夫碱反应。
本发明经过实验发现，只有采用1,3,5-三(4-氨基苯基)苯与2,5-二甲氧基对苯二甲醛制备的核壳结构具有纳米结构，其他COFs无法与上转换纳米粒子形成以上转换纳米粒子为核、以共价有机框架材料为壳的纳米核壳结构。
第三方面，一种上述基于上转换核壳共价有机框架材料在制备生物荧光检测试剂中的应用。
本发明的有益效果为：
本发明利用1,3,5-三(4-氨基苯基)苯与2,5-二甲氧基对苯二甲醛形成的COFs材料成功包覆了上转换纳米粒子，并且控制这种核壳结构的材料为纳米材料。上转换纳米粒子能够产生近红外激发的上转换荧光材料做生物荧光标志可以避免因紫外光激发生物体本身而产生的干扰信号。红外光的激发可以到达生物组织的更深层,检测成像更加容易。稀土离子掺杂的上转换荧光材料没有任何毒性。本发明形成的纳米尺寸的共价有机框架材料具有更优异的生物相容性，二者的结合可以在生物诊疗方面发挥出更优秀的效果。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例1采用的上转换纳米材料(NaYF4:Yb,Er)的透射电镜图；
图2为本发明实施例1制备的UCNP@COF的透射电镜图；
图3为本发明实施例1制备的UCNP@COF的PXRD图；
图4为本发明实施例1制备的UCNP@COF在980nm激发下的荧光谱图；
图5为本发明实施例2制备的产品的电镜照片。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
鉴于上转换纳米材料与共价有机框架材料难以结构成具有纳米尺寸的核壳材料的技术问题，本发明提出了一种基于上转换核壳共价有机框架材料及制备方法与应用。
本发明的一种典型实施方式，提供了一种基于上转换核壳共价有机框架材料，其结构为以上转换纳米粒子为核、以共价有机框架材料为壳的核壳结构，所述核壳结构的粒径为纳米级，所述共价有机框架材料为1,3,5-三(4-氨基苯基)苯与2,5-二甲氧基对苯二甲醛以碳氮双键连接的席夫碱型的共价有机框架。
该实施方式的一种或多种实施例中，所述上转换纳米粒子为NaYF4:Yb,Er。NaYF4是目前上转换发光效率最高的基质材料，尤其是NaYF4:Er,Yb，即镱铒双掺时，Er做激活剂，Yb作为敏化剂。采用NaYF4:Yb,Er的性能更好。
该实施方式的一种或多种实施例中，核壳结构的粒径为190nm左右。
本发明的另一种实施方式，提供了一种基于上转换核壳共价有机框架材料的制备方法，将上转换纳米粒子与1,3,5-三(4-氨基苯基)苯混合，然后滴加2,5-二甲氧基对苯二甲醛进行席夫碱反应；
或，将上转换纳米粒子与2,5-二甲氧基对苯二甲醛混合，然后滴加1,3,5-三(4-氨基苯基)苯进行席夫碱反应。
本发明经过实验发现，只有采用1,3,5-三(4-氨基苯基)苯与2,5-二甲氧基对苯二甲醛制备的核壳结构具有纳米结构，其他COFs无法与上转换纳米粒子形成以上转换纳米粒子为核、以共价有机框架材料为壳的纳米核壳结构。
该实施方式的一种或多种实施例中，1,3,5-三(4-氨基苯基)苯与2,5-二甲氧基对苯二甲醛的摩尔比为1:1.4～1.6。
该实施方式的一种或多种实施例中，向1,3,5-三(4-氨基苯基)苯添加溶剂获得1,3,5-三(4-氨基苯基)苯溶液，向2,5-二甲氧基对苯二甲醛添加溶剂获得2,5-二甲氧基对苯二甲醛溶液，采用一种溶液与上转换纳米粒子进行混合，滴加另一种溶液进行席夫碱反应。能够与上转换纳米粒子更好的混合。
该系列实施例中，溶剂为乙腈。
该系列实施例中，1,3,5-三(4-氨基苯基)苯溶液中添加冰醋酸。
该系列实施例中，一种溶液与上转换纳米粒子在混合过程中进行超声处理。能够保证原料与上转换纳米粒子混合均匀。
该实施方式的一种或多种实施例中，进行席夫碱反应的时间为10～14h。反应温度为20～30℃。
该实施方式的一种或多种实施例中，进行席夫碱反应设定时间后，添加苯甲醛继续反应。
本发明的第三种实施方式，提供了一种上述基于上转换核壳共价有机框架材料在制备生物荧光检测试剂中的应用。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。
实施例1
1、1,3,5-三(4-氨基苯基)苯(123mg，0.35mmol)溶于乙腈(60mL)中，加冰醋酸(6.3mL)得到溶液A。
2、2,5-二甲氧基对苯二甲醛(107mg,0.55mmol)溶于乙腈(60mL)中得到溶液B。
3、取5.5mL溶液A加入50mL圆底烧瓶中，在超声下滴加400μL浓度为50mg/ml的上转换材料(NaYF4:Yb,Er，如图1所示，上转换材料的合成方法如下：Y(CH3CO2)3·4H2O(0.83mmol)，Yb(CH3CO2)3·4H2O(0.15mmol)，Er(CH3CO2)3·6H2O(0.02mmol)加入装有油酸(6ml)和1-十八烯(15ml)的100ml烧瓶中，真空加热至125℃，冷却至室温。在室温下，氟化铵(4mmol)，氢氧化钠(2.5mmol)的甲醇溶液(10ml)逐滴添加至上述混合溶液,搅拌30分钟。加热到70℃,去除甲醇，随后加热到300℃(～10℃/min)，氩气氛围保持60分钟。反应混合物冷却至室温,然后添加乙醇沉淀NCs，离心收集，用乙醇清洗，然后在环己烷(10ml)中分散。)，混合溶液搅拌一分钟后，向其中以一秒一滴的速度滴加5mL溶液B。25℃下反应12小时后，加入4.2μL苯甲醛，继续搅拌1小时。
4、分步离心收集产品，记为UCNP@COF。
制备的UCNP@COF的形貌如图2所示，可以看出NaYF4:Yb,Er表面包覆COF材料，且该材料的粒径为190nm左右。UCNP@COF的PXRD如图3所示，10度之前的衍射峰为COF的衍射峰，10度以后的衍射峰为上转换材料的衍射峰，验证了核壳材料的结构。UCNP@COF在激发波长980nm下的荧光图为4所示。
实施例2
1,3,5-三(4-氨基苯基)苯(123mg，0.35mmol)溶于乙腈(60mL)中，加冰醋酸(6.3mL)混合均匀。2,5-二羟基对苯二甲醛(91.4mg，0.55mmol)溶于乙腈(60mL)中。取5.5mL1,3,5-三(4-氨基苯基)苯的溶液加到50mL圆底烧瓶中，在超声下滴加400μL上转换材料(同示例1)，混合溶液搅拌一分钟后，向其中以一秒一滴的速度滴加2,5-二羟基对苯二甲醛的乙腈溶液5mL。25℃下反应12小时后，加入4.2μL苯甲醛，继续搅拌1小时。分步离心收集产品。其电镜照片如图5所示，并未得到核壳材料。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于上转换核壳共价有机框架材料，其特征是，其结构为以上转换纳米粒子为核、以共价有机框架材料为壳的核壳结构，所述核壳结构的粒径为纳米级，所述共价有机框架材料为1,3,5-三(4-氨基苯基)苯与2,5-二甲氧基对苯二甲醛以碳氮双键连接的席夫碱型的共价有机框架；
所述上转换纳米粒子为NaYF4:Yb,Er；
核壳结构的粒径为100~300nm。
2.一种基于上转换核壳共价有机框架材料的制备方法，其特征是，将上转换纳米粒子与1,3,5-三(4-氨基苯基)苯混合，然后滴加2,5-二甲氧基对苯二甲醛进行席夫碱反应；
或，将上转换纳米粒子与2,5-二甲氧基对苯二甲醛混合，然后滴加1,3,5-三(4-氨基苯基)苯进行席夫碱反应；
1,3,5-三(4-氨基苯基)苯与2,5-二甲氧基对苯二甲醛的摩尔比为1:1.4~1.6。
3.如权利要求2所述的基于上转换核壳共价有机框架材料的制备方法，其特征是，向1,3,5-三(4-氨基苯基)苯添加溶剂获得1,3,5-三(4-氨基苯基)苯溶液，向2,5-二甲氧基对苯二甲醛添加溶剂获得2,5-二甲氧基对苯二甲醛溶液，采用一种溶液与上转换纳米粒子进行混合，滴加另一种溶液进行席夫碱反应。
4.如权利要求3所述的基于上转换核壳共价有机框架材料的制备方法，其特征是，溶剂为乙腈；
或，1,3,5-三(4-氨基苯基)苯溶液中添加冰醋酸；
或，一种溶液与上转换纳米粒子在混合过程中进行超声处理。
5.如权利要求2所述的基于上转换核壳共价有机框架材料的制备方法，其特征是，进行席夫碱反应的时间为10~14h。
6.如权利要求2所述的基于上转换核壳共价有机框架材料的制备方法，其特征是，进行席夫碱反应设定时间后，添加苯甲醛继续反应。
7.一种权利要求1所述的基于上转换核壳共价有机框架材料或权利要求2~6任一所述的制备方法获得的基于上转换核壳共价有机框架材料在制备生物荧光检测试剂中的应用。
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