CN1524925A - 荧光磁性纳米复合物及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明的荧光磁性纳米复合物及其制备方法和应用属纳米材料领域。以单个磁性纳米粒子为核，核外逐层包覆聚电解质多层膜、磁性纳米粒子和聚电解质多层膜、半导体荧光纳米晶和聚电解质多层膜；所说的聚电解质多层膜是聚阳离子电解质和聚阴离子电解质相间包覆的1～30层。经吸附聚电解质—吸附磁性纳米粒子—吸附半导体荧光纳米晶的过程制备。吸附的磁性纳米粒子的数量是磁性纳米粒子核的10～100倍，荧光纳米晶的每次吸附量是前次的1～2倍。本发明方法简便，可实现荧光磁性纳米复合物的磁性质、荧光性质、尺寸及表面性质高度可控。既可用于多色荧光检测，又可实现产品的分离、定向和富集，适用于生物化学、分子生物学、临床医学等领域。
Description
技术领域
本发明属纳米材料领域，特别涉及荧光、磁性纳米复合物及其制备方法，并通过控制表面性质与生物分子进行耦联，应用于生物样品的分离、定向和检测。
背景技术
近年来，半导体荧光纳米晶由于其特殊的物理和化学特性，已作为新一代荧光标记物开始被广泛应用于光学、生物、医学等领域。利用荧光纳米晶的量子尺寸效应和量子限域效应，可以简单地通过改变粒径得到具有不同发光颜色的材料。利用荧光纳米晶激发光谱的连续性和发射光谱的窄而对称的特性，可大大减少多通道荧光检测时的交叉干扰，使得选用一种激发波长进行多色分析成为可能，从而实现多色标记和多指标联检。荧光纳米晶的高效稳定的发光特性和较长的荧光寿命，也有利于提高检测的灵敏度，扩大了可检测的疾病的种类，实现了检测的定量化。2001年，美国印第安那大学的Nie等人将具有不同颜色和发光强度的CdSe纳米晶引入到直径为1.2微米的聚苯乙烯微球内，从而实现了多色荧光编码。当选用6种不同发光颜色和10种不同发光强度的荧光纳米晶进行任意组合时，理论上就可给100万个蛋白分子进行编码。
这种方法的优点是仅靠简单的低速离心就可成功地将产品分离出来，缺点是由于利用了聚苯乙烯微球在特殊溶剂中的溶涨特性，使得荧光纳米晶进入微球内，受环境的影响较大，易导致荧光纳米晶的泄漏；并且由于以高分子微球作载体，产品的粒径较大，一般为亚微米到微米范围，因而大大限制了产品的应用范围。若采用SiO2包覆荧光纳米晶的方法，虽然最终产物比较稳定，但由于产品的粒径已减小至纳米量级，又给分离和提纯带来了新的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是设计一种荧光磁性纳米复合物，具有粒度小、稳定性好，能与抗体类生物样品耦联，不仅可实现对抗体类生物样品的多色荧光检测，又可同时实现对产品的分离、定向和富集；设计一种制备该荧光磁性纳米复合物的方法，并且装置简单，节约成本，省时省力，操作方便。
本发明的荧光磁性纳米复合物是以单个磁性纳米粒子为核，核外逐层包覆聚电解质多层膜、磁性纳米粒子和聚电解质多层膜、半导体荧光纳米晶和聚电解质多层膜；其粒度控制在10～300nm之间；所说的聚电解质多层膜是聚阳离子电解质和聚阴离子电解质相间包覆的1～30层。
荧光磁性纳米复合物的磁性强度随吸附的磁性粒子的量的增加而增加，可以比单个磁性纳米粒子核的磁性强度增加1～100倍；其荧光强度亦可随吸附的半导体纳米晶层数的增加而增加。
本发明的荧光磁性纳米复合物采用LBL(layer-by-layer)技术借助聚阳离子电解质/聚阴离子电解质层将荧光纳米晶组装到磁性粒子上。
具体制备方法是，以磁性纳米粒子、聚电解质、半导体荧光纳米晶为原料，控制磁性纳米粒子、聚电解质、半导体荧光纳米晶的摩尔比为1∶(15～6250)∶(20～100)；经历吸附聚电解质——吸附磁性纳米粒子——吸附半导体荧光纳米晶的工艺过程；所说的吸附聚电解质是以单个磁性纳米粒子为核，在盐浓度为0.5～20mmol/L、pH值为8～10条件下，在磁性纳米粒子核表面相间吸附聚电解质多层膜，每吸附一层就利用磁性分离技术洗去体系中剩余的聚电解质和杂质；所说的吸附磁性纳米粒子，是在磁性纳米粒子核表面吸附了1～30层聚电解质后，相间吸附磁性纳米粒子和聚电解质多层膜，吸附的磁性纳米粒子的数量是单个磁性纳米粒子核的10～100倍，每吸附一层就利用磁性分离技术进行洗涤，形成磁性纳米复合物；所说的吸附半导体荧光纳米晶是，在磁性纳米复合物溶液中加入半导体荧光纳米晶，利用磁性分离技术洗涤，再吸附聚电解质，经层层吸附半导体荧光纳米晶和聚电解质，获得荧光磁性纳米复合物，半导体荧光纳米晶的每次吸附量是前一次的1～2倍；所说的聚电解质多层膜是聚阳离子电解质和聚阴离子电解质相间包覆的1～30层。
前述的磁性纳米粒子可选用Fe3O4、Fe2O3、CoFe2O4、NiFeO4、ZnFe2O4、MnFeO4等；半导体荧光纳米晶可选CdS、CdSe、CdTe、ZnS等及其它们的掺杂复合物。前述的吸附聚电解质体中的盐可以是氯化钠(NaCl)、硝酸钾(KNO3)等。
本发明的荧光磁性纳米复合物在生物样品的检测、生物样品的分离和生物样品的定向中的应用，首先在荧光磁性纳米复合物体系中加入生物样品，于0～10℃条件下耦联；之后进行生物样品多色荧光检测或生物样品的磁性分离或生物样品的磁性定向。生物样品(抗体)浓度可以在30～100μg/ml，于3～5℃条件下耦联。这里所说的生物样品包括蛋白质、氨基酸、DNA、抗原、抗体等。
本发明可以实现荧光磁性纳米复合物的磁性质、荧光性质、尺寸及表面性质高度可控。即，可以制备出不同种磁性质、荧光性质、尺寸及表面性质的荧光磁性纳米复合物。磁性强弱可通过选用不同种类或不同粒径的磁性材料实现，还可通过组装的磁性粒子的层数来控制。荧光性质主要包括荧光强度和发射波长，可通过选用不同种类或不同粒径的荧光纳米晶实现，荧光强度还可通过组装的荧光纳米晶的层数来控制。纳米复合物的尺寸大小可通过组装的电解质和纳米粒子的层数来控制。荧光磁性纳米复合物的表面性质可通过荧光纳米晶的表面性质、聚电解质的种类、进一步表面官能化(硅烷化或表面聚合高分子)来实现。
本发明的荧光磁性纳米复合物的制备方法装置简单，操作方便；利用磁性粒子的磁性质，在外加磁场下即可实现被标记物的分离；省时省力，节约成本。制得的荧光磁性纳米复合物产品不仅可实现多色荧光检测，又可同时实现产品的分离、定向和富集，可广泛应用于生物化学、分子生物学、临床医学等多个领域。
具体实施方式
实施例1
(1).磁性纳米复合物[Fe3O4/(聚阳离子电解质/聚阴离子电解质)m]x[简称(Fe3O4/PEm)x]的合成。
将浓度为10mg/ml聚阳离子电解质(含有20mM NaCl)100μl加入到1ml、浓度为25mg/ml、pH值为9、含20mM NaCl的Fe3O4溶液中，反应20分钟，利用磁性分离技术洗涤后，重新分散于1ml、含20mM NaCl的pH值为9的缓冲溶液中。再加入100μl浓度为10mg/ml、含20mM NaCl的聚阴离子电解质，反应20分钟后，磁性分离洗涤，重新分散于1ml、含20mM NaCl的、pH值为9的缓冲溶液中。重复上述步骤，在粒子表面吸附了m层聚电解质后，再加入50mlFe3O4，磁性分离洗涤后，重复x次上述整个步骤(x＝1～30)，得到壳层厚度随吸附层数的增加而增加、表面富含正电荷(或负电荷)的磁性强弱不同的磁性纳米复合物(Fe3O4/PEm)x。
其中，磁性强度随吸附的磁性纳米粒子层数的增加而增加，增加范围可为核层磁性纳米粒子的10～100倍。
(2).具有不同荧光强度和发射波长的荧光磁性纳米复合物(Fe3O4/PEm)x/(CdTe/PEn)y的合成。
向(1)的产物中加入5ml、浓度为3mM、pH值为9、含20mM NaCl的CdTe溶液，反应20分钟后，磁性分离洗涤后，分散于1ml、含20mM NaCl的、pH值为9的缓冲溶液中。再加入100μl浓度为10mg/ml聚阳离子电解质(含有20mMNaCl)，反应20分钟，磁性分离洗涤，重复上述步骤，在粒子表面吸附了n层聚电解质后，再加入CdTe，分离洗涤后，重复y次上述整个步骤(y＝1～30)，最终可得到(Fe3O4/PEm)x/(CdTe/PEn)y的荧光磁性纳米复合物。其中，荧光强度随吸附的半导体纳米晶量的增加可增加1～1000倍。发射波长随着CdTe粒径的增大而有规律的红移，可在500～730nm区间调整。
实施例2 荧光磁性纳米复合物的生物耦联。
向实施例1制得的荧光磁性纳米复合物中加入5mg/ml的抗体，4℃反应一小时，4℃离心洗涤三次，重新分散，并在4℃条件下保存。
实施例3：
将实施例1中的Fe3O4换为Fe2O3，其它条件完全一致，得到壳层厚度及荧光强度随吸附层数x、y增加而增加的(Fe2O3/PEm)x/(CdTe/PEn)y的荧光磁性纳米复合物。按实施例2亦可得到相应的生物耦联产物。
实施例4：
将实施例1中的Fe3O4换为CoFe2O4，其它条件完全一致，得到壳层厚度及荧光强度随吸附层数x、y增加而增加的(CoFe2O4/PEm)x/(CdTe/PEn)y的荧光磁性纳米复合物。按实施例2亦可得到相应的生物耦联产物。
实施例5：
将实施例1中的Fe3O4换为NiFeO4，其它条件完全一致，得到壳层厚度及荧光强度随吸附层数x、y增加而增加的(NiFe2O4/PEm)x/(CdTe/PEn)y的荧光磁性纳米复合物。按实施例2亦可得到相应的生物耦联产物。
实施例6：
将实施例1中的Fe3O4换为ZnFe2O4，其它条件完全一致，得到壳层厚度及荧光强度随吸附层数x、y增加而增加的(ZnFe2O4/PEm)x/(CdTe/PEn)y的荧光磁性纳米复合物。按实施例2亦可得到相应的生物耦联产物。
实施例7：
将实施例1中的Fe3O4换为MnFeO4，其它条件完全一致，得到壳层厚度及荧光强度随吸附层数x、y增加而增加的(MnFe2O4/PEm)x/(CdTe/PEn)y的荧光磁性纳米复合物。按实施例2亦可得到相应的生物耦联产物。
实施例8：
将实施例1中的CdTe换为CdSe，其它条件完全一致，得到壳层厚度及荧光强度随吸附层数x、y增加而增加的(Fe3O4/PEm)x/(CdSe/PEn)y的荧光磁性纳米复合物。按实施例2亦可得到相应的生物耦联产物。
实施例9：
将实施例1中的CdTe换为ZnS，其它条件完全一致，得到壳层厚度及荧光强度随吸附层数x、y增加而增加的(Fe3O4/PEm)x/(ZnS/PEn)y的荧光磁性纳米复合物。按实施例2亦可得到相应的生物耦联产物。
实施例10：
将实施例1中的CdTe换为CdSe，其它条件完全一致，得到壳层厚度及荧光强度随吸附层数x、y增加而增加的(Fe2O3/PEm)x/(CdSe/PEn)y的荧光磁性纳米复合物。按实施例2亦可得到相应的生物耦联产物。
实施例11：
将实施例1中的CdTe换为ZnS，其它条件完全一致，得到壳层厚度及荧光强度随吸附层数x、y增加而增加的(Fe2O3/PEm)x/(ZnS/PEn)y的荧光磁性纳米复合物。按实施例2亦可得到相应的生物耦联产物。
实施例12：
将实施例4中的CdTe换为CdSe，其它条件完全一致，得到壳层厚度及荧光强度随吸附层数x、y增加而增加的(CoFe2O4/PEm)x/(CdSe/PEm)y的荧光磁性纳米复合物。按实施例2亦可得到相应的生物耦联产物。
实施例13：
将实施例4中的CdTe换为ZnS，其它条件完全一致，得到壳层厚度及荧光强度随吸附层数x、y增加而增加的(CoFe2O4/PEm)x/(ZnS/PEn)y的荧光磁性纳米复合物。按实施例2亦可得到相应的生物耦联产物。
实施例14：
将实施例5中的CdTe换为CdSe，其它条件完全一致，得到壳层厚度及荧光强度随吸附层数x、y增加而增加的(NiFe2O4/PEm)x/(CdSe/PEn)y的荧光磁性纳米复合物。按实施例2亦可得到相应的生物耦联产物。
实施例15：
将实施例5中的CdTe换为ZnS，其它条件完全一致，得到壳层厚度及荧光强度随吸附层数x、y增加而增加的(NiFe2O4/PEm)x/(ZnS/PEn)y的荧光磁性纳米复合物。按实施例2亦可得到相应的生物耦联产物。
实施例16：
将实施例6中的CdTe换为CdSe，其它条件完全一致，得到壳层厚度及荧光强度随吸附层数x、y增加而增加的(ZnFe2O4/PEm)x/(CdSe/PEn)y的荧光磁性纳米复合物。按实施例2亦可得到相应的生物耦联产物。
实施例17：
将实施例6中的CdTe换为ZnS，其它条件完全一致，得到壳层厚度及荧光强度随吸附层数x、y增加而增加的(ZnFe2O4/PEm)x/(ZnS/PEn)y的荧光磁性纳米复合物。按实施例2亦可得到相应的生物耦联产物。
Claims (4)
1、一种荧光磁性纳米复合物，其特征在于，以单个磁性纳米粒子为核，核外逐层包覆聚电解质多层膜、磁性纳米粒子和聚电解质多层膜、半导体荧光纳米晶和聚电解质多层膜；其粒度在10～300nm范围内；所说的聚电解质多层膜是聚阳离子电解质和聚阴离子电解质相间包覆的1～30层。
2、一种权利要求1的荧光磁性纳米复合物的制备方法，其特征在于，以磁性纳米粒子、聚电解质、半导体荧光纳米晶为原料，控制磁性纳米粒子、聚电解质、半导体荧光纳米晶的摩尔比为1∶(15～6250)∶(20～100)；经历吸附聚电解质——吸附磁性纳米粒子——吸附半导体荧光纳米晶的工艺过程；所说的吸附聚电解质是以单个磁性纳米粒子为核，在盐浓度为0.5～20mmol/L、pH值为8～10条件下，在磁性纳米粒子核表面相间吸附聚电解质多层膜，每吸附一层就利用磁性分离技术洗去体系中剩余的聚电解质和杂质；所说的吸附磁性纳米粒子，是在磁性纳米粒子核表面吸附了1～30层聚电解质后，相间吸附磁性纳米粒子和聚电解质多层膜，吸附的磁性纳米粒子的数量是单个磁性纳米粒子核的10～100倍，每吸附一层就利用磁性分离技术进行洗涤，形成磁性纳米复合物；所说的吸附半导体荧光纳米晶是，在磁性纳米复合物溶液中加入半导体荧光纳米晶，利用磁性分离技术洗涤，再吸附聚电解质，经层层吸附半导体荧光纳米晶和聚电解质，获得荧光磁性纳米复合物，半导体荧光纳米晶的每次吸附量是前一次的1～2倍；所说的聚电解质多层膜是聚阳离子电解质和聚阴离子电解质相间包覆的1～30层。
3、按照权利要求2所述的荧光磁性纳米复合物的制备方法，其特征在于，所说的磁性纳米粒子是Fe3O4或Fe2O3或CoFe2O4或NiFeO4或ZnFe2O4或MnFeO4；所说的半导体荧光纳米晶是CdS或CdSe或CdTe或ZnS或它们的掺杂复合物；所说的吸附聚电解质体中的盐是氯化钠或硝酸钾。
4、一种权利要求1的荧光磁性纳米复合物的应用，其特征在于，首先在荧光磁性纳米复合物体系中加入生物样品，于0～10℃条件下耦联；之后进行生物样品多色荧光检测或生物样品的磁性分离或生物样品的磁性定向。
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