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一种利用炔银表面修饰的上转换发光纳米材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种利用炔银表面修饰的上转换发光纳米材料的制备方法，包括制备具有上转换发光性能的纳米粒子和炔银化合物的表面修饰步骤。所述制备具有上转换发光性能的纳米粒子步骤：采用的原料包括Y(NO3)3×6H2O、Yb(NO3)3×6H2O、Er(NO3)3×6H2O、氟化钠、聚丙烯酸。所述炔银化合物的表面修饰步骤：将YYEP分散于甲醇和水的混合溶剂中，加入银盐搅拌至全部溶解，加入有机炔化合物，避光条件下形成浅黄色悬浊液，抽滤后洗剂并干燥，得到表面修饰的上转换发光纳米材料。实现对细胞中谷胱甘肽小分子的检测。

Description

一种利用炔银表面修饰的上转换发光纳米材料及其制备方法 和应用
技术领域
本发明涉及纳米发光材料领域，尤其是涉及一种利用炔银表面修饰的上转换发光纳米材料及其制备方法和应用。
背景技术
传统的荧光标记材料包括有机荧光染料分子与无机组分为主的微纳米量子点等。与传统的荧光标记材料相比，稀土掺杂上转换发光纳米材料具有化学稳定性高、荧光寿命长、生物毒性低等优点。而且由于发光的模式为上转换发光，激发波采用近红外光源，因而具有较大的光穿透深度、无生物组织自发荧光以及对生物组织几乎无损伤等显著优点，因此，稀土掺杂上转换发光纳米材料在荧光生物检测及生物成像等领域应用前景广阔。在已经报道的发光纳米材料中，稀土掺杂的NaYF4材料被认为是最有效的上转换发光体系，近年来被应用于细胞和动物体内成像（Yu Cai, Zheng Wei, Chuanhui Song, ChuanchaoTang, Wei Han and Xiaochen Dong, Optical nano-agents in the second near-infrared window for biomedical applications, Chem. Soc. Rev., 2019,48, 22-37）。但稀土掺杂的材料对细胞动物体内的含硫小分子通常没有识别作用，限制了该类材料的应用领域。因此，具有上转换发光，并可以对生物小分子具有传感作用的新型纳米发光材料是当今化学生物学技术发展的热点问题。
但现有技术的上转换发光纳米材料仅可以实现稀土发光材料在细胞中的成像，不能实现对细胞中小分子的检测。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种利用炔银表面修饰的上转换发光纳米材料及其制备方法和应用，以实现以下发明目的：实现稀土发光材料在细胞中的成像，实现对细胞中小分子的检测。
为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种利用炔银表面修饰的上转换发光纳米材料的制备方法，包括制备具有上转换发光性能的纳米粒子和炔银化合物的表面修饰步骤。
所述制备具有上转换发光性能的纳米粒子步骤：采用的原料包括Y(NO3)3.6H2O、Yb(NO3)3.6H2O、 Er(NO3)3.6H2O、氟化钠、聚丙烯酸。
将Y(NO3)3.6H2O、Yb(NO3)3.6H2O、 Er(NO3)3.6H2O加入无水乙醇和乙二醇的混合溶剂中，搅拌得到溶液A。
将氟化钠溶液加入到溶液A中，充分搅拌后加入聚丙烯酸，形成白色胶体溶液，继续搅拌形成乳白色的胶体溶液B。
将胶体溶液B转移置特氟隆内衬高压釜中，在180-190℃反应条件下加热23-25小时，然后降温，冷却至室温后离心即得到白色粉末；将所得白色粉末用无水乙醇洗涤后，得到具有上转换发光性能的纳米粒子YYEP。
所述炔银化合物的表面修饰步骤：将YYEP分散于甲醇和水的混合溶剂中，得到溶液C；在避光条件下，向溶液C中加入银盐搅拌至全部溶解，得到溶液D。
所述炔银化合物的表面修饰步骤：向溶液D中，加入有机炔化合物，避光条件下继续搅拌10-13小时，形成浅黄色悬浊液，抽滤后先用乙醇洗剂1-3次，再用乙腈洗剂1-3次，洗剂后的产物于44-48℃条件下真空干燥4-6小时，得到一种利用炔银表面修饰的上转换发光纳米材料。
所述银盐可以为AgNO3、AgOOCCF3、AgBF4中的任意一种或多种的组合；所述甲醇和水的混合溶剂：甲醇与水的按照体积比2:1混合制成；所述有机炔化合物为叔丁基乙炔。
一种利用炔银表面修饰的上转换发光纳米材料，所述发光纳米材料为银纳米粒子修饰的聚丙烯酸包裹掺杂型三氟化钇。
一种利用炔银表面修饰的上转换发光纳米材料的应用，所述发光纳米材料进入细胞并呈现出红色发光，实现对细胞中谷胱甘肽小分子的检测。
采用上述技术方案，本发明的有益效果为：
本发明一种利用炔银表面修饰的上转换发光纳米材料可以实现对谷胱甘肽小分子的检测和细胞内成像，对于深入研究细胞内的小分子代谢机制具有重要价值。
本发明所制备的一种利用炔银表面修饰的上转换发光纳米材料为稀土掺杂纳米粒子，主要实现了对谷胱甘肽小分子的检测，并能在细胞中实现对谷胱甘肽浓度变化的成像。本发明所制备的一种利用炔银表面修饰的上转换发光纳米，在水溶液中可以阻止水分子引起的共振能量损失，从而获得较强的红光发射，当材料遇到含硫的小分子时，由于含硫小分子与银离子具有更强的相互作用，会导致荧光强度的降低。通过这种荧光强度的变化可以实现该类材料对含硫小分子的检测。在细胞中，游离状态的谷胱甘肽小分子和多种生理作用和代谢高度相关，因此本发明制备的上转换发光纳米材料在小分子检测与细胞成像领域有着重要的应用价值。
附图说明
图1.YYEP@AgNPs纳米复合发光材料的XRD谱图。
图2. YYEP@AgNPs纳米复合发光材料的红外光谱。
图3. YYEP@AgNPs纳米复合发光材料的TEM形貌图片。
图4. YYEP@AgNPs纳米复合发光材料的荧光光谱（利用980 nm激光器激发）。
图5. YYEP@AgNPs纳米复合发光材料在不同谷胱甘肽溶液中的荧光光谱。
图6. YYEP@AgNPs纳米复合发光材料在667nm处荧光强度与谷胱甘肽的浓度线性关系。
图7. YYEP@AgNPs纳米复合发光材料的细胞成像图片（左图为对照实验组；中间图片为细胞培养过程中加入10 μM谷胱甘肽以及5 mg/mLYYEP@AgNPs纳米复合发光材料的细胞成像图片；右侧图片为细胞培养过程中加入100 μM谷胱甘肽以及5 mg/mLYYEP@AgNPs纳米复合发光材料的细胞成像图片）。
具体实施方式：
下面结合具体的实施例，进一步阐述本发明。
实施例1 一种利用炔银表面修饰的上转换发光纳米材料的制备方法
包括以下步骤：
步骤1.制备具有上转换发光性能的纳米粒子
所述具有上转换发光性能的纳米粒子为Y0.85F3:Yb0.1 3+/Er0.05 3+/PAA（简写为YYEP）
将2.125 mL Y(NO3)3.6H2O、200 μL Yb(NO3)3.6H2O和100 μL Er(NO3)3.6H2O加入到100毫升的平底烧杯中，加入20 ml无水乙醇和10ml乙二醇的混合溶剂，磁力搅拌反应30分钟，得到溶液A。
所述Y(NO3)3.6H2O的浓度为0.4 mol/L；
所述Yb(NO3)3.6H2O的浓度为 0.5 mol/L；
所述Er(NO3)3.6H2O的浓度为 0.05 mol/L。
将3ml氟化钠溶液加入到上述溶液A中，充分搅拌30分钟后加入0.1g聚丙烯酸（PAA）形成白色胶体溶液，继续搅拌30分钟形成乳白色的胶体溶液B；所述氟化钠溶液的浓度为1.0 mol/L。
将上述胶体溶液B转移置50毫升特氟隆内衬高压釜中，在185℃反应条件下加热24小时,然后降温，冷却至室温后离心即得到白色粉末。
将所得白色粉末通过离心方式用无水乙醇洗涤两次，再用去离子水洗涤一次，清除所有未参与方应的反应物，得不含杂质的白色产物YYEP。
最后所得不含杂质的白色产物YYEP分散在去离子水中备用。
步骤2.炔银化合物的表面修饰
将甲醇与水的按照体积比2:1混合，得到甲醇和水的混合溶剂。
将上述0.5 g YYEP分散于甲醇和水的混合溶剂中，得到溶液C；在避光条件下，向溶液C中加入银盐0.25~0.35g搅拌至全部溶解，得到溶液D；所述银盐为AgNO3。
然后再向溶液D中，加入0.06~0.15g有机炔化合物，避光条件下继续搅拌12小时，形成浅黄色悬浊液，抽滤后先用乙醇洗剂两次，再用乙腈洗剂两次，洗剂后的产物于45℃条件下真空干燥5小时，得到浅黄色粉末银纳米粒子修饰的聚丙烯酸包裹掺杂型三氟化钇（简写为YYEP@AgNPs），即一种利用炔银表面修饰的上转换发光纳米材料。
所述有机炔化合物为叔丁基乙炔。
实施例2 一种利用炔银表面修饰的上转换发光纳米材料的组成、形貌及发光性能
通过YYEP@AgNPs的XRD图谱（图1），我们可以得到所合成的复合材料YYEP@AgNCs显示出多重衍射峰，其中对应于峰强度101 a.u., 020 a.u., 111 a.u., 210 a.u., 201a.u., 131 a.u., 230 a.u., 321 a.u.晶面的衍射峰与数据库中YF3（JCPDS 74-0911）化合物是重合的。
另外，在38°衍射角所对应的111 a.u.衍射峰可对应于Ag0的晶面衍射（反应过程有部分银离子还原成单质银）。
可见，上述实验表明化合物是由稀土掺杂的上转换发光材料和表面修饰的有机银所组成的。
通过YYEP@AgNPs的红外光谱分析表明（图2），对于YYEP@AgNCs复合材料，3490 cm-1处的峰对应于羧基中–OH特征振动，2969 cm-1处的峰值则归因于聚丙烯酸碳链中亚甲基 –CH2的伸缩振动。而1727 cm-1处的吸收峰归因于羰基的伸缩振动，而1570cm-1 和1460cm-1处的吸收峰则可归属于羧基的伸缩振动。上述这些峰均可归属于稀土掺杂纳米粒子的红外峰，而2009 cm-1处的吸收峰，表明表面修饰的炔银壳层被成功包裹到纳米粒子表面。
利用透射显微镜对YYEP@AgNPs进行表征（图3），我们可以观察到YYEP@AgNCs纳米粒子呈现规则的球形，其尺寸大小约为25~40 nm。
在980 nm激光器的激发下YYEP@AgNPs纳米复合发光材料的荧光光谱（图4）可见，YYEP@AgNCs纳米复合发光材料呈现出很强的红光发射，四个发射峰分别位于416 nm、523nm、543 nm和667 nm，其中667 nm处的发射峰最强，对应于Er3+ 离子的4 F®4 I跃迁。
实施例2 一种利用炔银表面修饰的上转换发光纳米材料的对谷胱甘肽分子的检测
在pH = 7.2的PBS缓冲溶液中，0.08 g/mL YYEP@AgNCs纳米复合发光材料溶液对谷胱甘肽具有良好的响应，伴随着不同浓度谷胱甘肽分子的加入，荧光强度逐渐下降（图5），且667 nm处的荧光强度与谷胱甘肽的浓度呈现线性比例关系，因此可以实现材料对谷胱甘肽分子的荧光检测，YYEP@AgNPs纳米复合发光材料在667nm处荧光强度与谷胱甘肽的浓度线性关系如图6所示。
YYEP@AgNPs纳米复合发光材料可以进入细胞并呈现出红色发光，并且当细胞中的谷胱甘肽分子浓度增加时，可以观察到发光的减弱，从而实现对细胞中谷胱甘肽小分子的检测，YYEP@AgNPs纳米复合发光材料的细胞成像图片如图7所示。
除非特殊说明和本领域常用单位，本发明所述比例，均为质量比例，所述百分比，均为质量百分比。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (3)

1.一种利用炔银表面修饰的上转换发光纳米材料的制备方法，其特征在于：包括制备具有上转换发光性能的纳米粒子和炔银化合物的表面修饰步骤；
所述制备具有上转换发光性能的纳米粒子步骤：采用的原料包括Y(NO3)·6H2O、Yb(NO3)3·6H2O、Er(NO3)3·6H2O、氟化钠、聚丙烯酸；
所述制备具有上转换发光性能的纳米粒子步骤：将Y(NO3)3·6H2O、Yb(NO3)3·6H2O、 Er(NO3)3·6H2O加入无水乙醇和乙二醇的混合溶剂中，搅拌得到溶液A；将氟化钠溶液加入到溶液A中，充分搅拌后加入聚丙烯酸，形成白色胶体溶液，继续搅拌形成乳白色的胶体溶液B；将胶体溶液B转移置特氟隆内衬高压釜中，在180-190℃反应条件下加热23-25小时，然后降温，冷却至室温后离心即得到白色粉末；将所得白色粉末用无水乙醇洗涤后，得到具有上转换发光性能的纳米粒子YYEP；
所述炔银化合物的表面修饰步骤：将YYEP分散于甲醇和水的混合溶剂中，得到溶液C；在避光条件下，向溶液C中加入银盐搅拌至全部溶解，得到溶液D；向溶液D中，加入有机炔化合物，避光条件下继续搅拌10-13小时，形成浅黄色悬浊液，抽滤后先用乙醇洗剂1-3次，再用乙腈洗剂1-3次，洗剂后的产物于44-48℃条件下真空干燥4-6小时，得到一种利用炔银表面修饰的上转换发光纳米材料。
2.根据权利要求1所述的一种利用炔银表面修饰的上转换发光纳米材料的制备方法，其特征在于：所述炔银化合物的表面修饰步骤：所述银盐为AgNO3、AgOOCCF3、AgBF4中的任意一种或多种的组合；
所述甲醇和水的混合溶剂：甲醇与水的按照体积比2:1混合制成；
所述有机炔化合物为叔丁基乙炔。
3.根据权利要求1所述的一种利用炔银表面修饰的上转换发光纳米材料的制备方法的应用，其特征在于：所述方法制备的发光纳米材料，进入细胞并呈现出红色发光，实现对细胞中谷胱甘肽小分子的检测。
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