近红外第二窗口发射下转换纳米荧光探针及其合成方法技术

本发明专利技术属于纳米生物材料技术领域，具体为一种近红外第二窗口发射下转换纳米荧光探针及其合成方法。本发明专利技术荧光探针包括惰性核层、下转换发光中心壳层、能量传递壳层和能量吸收壳层；惰性核层用于调节整体纳米晶体的尺寸；下转换发光中心为激活离子掺杂的稀土纳米晶体；能量传递层用于将吸收的能量传递给发光中心，并且通过改变能量传递层的厚度来延长或是缩短发光离子的弛豫时间，进而使纳米晶荧光探针的荧光寿命得到改变，实现荧光寿命的可控和可调；能量吸收层用于吸收外界激发光。本发明专利技术可用于深组织下同时原位检测多个信号分子，进一步提高检测的灵敏度以及准确度，在蛋白表达、生物样品高通量筛选、多通道生物学检测等方面有广阔的应用前景。

Nanofluorescence probe and synthesis method for near infrared second window emission

The invention belongs to the technical field of nanoscale biomaterials, in particular, a nanofluorescence probe and a synthesis method of a near infrared second window transmitting and converting nanofluorescence probe. The invention comprises an inert fluorescent probe core, down conversion luminescence center shell, energy transfer and energy absorption shell shell; inert nuclear layer is used to adjust the overall size of the nanocrystals; down conversion luminescence center for rare earth doped nano crystal; energy transfer layer is used to transfer energy to the luminescence center, and by changing the energy the transfer layer thickness to extend or shorten the relaxation time of ion emission, and the fluorescence lifetime of luminescent probes have changed, controllable fluorescence lifetime and adjustable; the energy absorbing layer for absorbing external excitation. The invention can be used for simultaneous detection of multiple signal molecules in deep tissue, and further improve the sensitivity and accuracy of detection. It has broad application prospects in protein expression, high-throughput screening of biological samples and multi-channel biological detection.

【技术实现步骤摘要】
近红外第二窗口发射下转换纳米荧光探针及其合成方法
本专利技术属于纳米生物材料
，具体涉及一种寿命可调的近红外第二窗口发射下转换纳米荧光探针及其合成方法。
技术介绍
现如今成像技术已经成为医疗诊断标准的检验手段，随着科技的发展，在医学成像技术变得越来越精准的同时，也需要提供更为明确的生物特征，以便帮助我们对疾病的直观理解，以及对治疗方法的筛选，为疗效评价提供更为明确的依据。荧光成像由于实时、非侵入性、高分辨率以及可以利用波长实现多重检测的优点，在生命科学和生物
等领域已经被广泛使用。在过去的研究中，研究者们主要研究的是可见光波段的荧光成像，然而由于生物组织在此波段有很强的吸收和散射，以至于很难实现体内的荧光检测和成像。而近期的研究工作表明，相对于可见光和近红外光第一窗口（700nm-900nm）的光来说，生物组织对近红外第二窗口的光（1000nm-1700nm）有着很小的吸收和散射，因此可以极大地提高成像质量和穿透深度，使得近红外第二窗口区间的光更具备深组织生物成像的前景。由于生物分析、疾病诊断和生物医药研究领域需要蛋白和基因靶向识别的更多信息，而多重检测实现了核酸和蛋白的快速信号识别，但是目前广泛使用可见光发射的探针实现的多重检测并不能很好的扩展到近红外第二窗口区。当前可以实现近红外第二窗口区发射的荧光探针如单壁碳纳米管、量子点和有机荧光染料等都有着比较宽的发射峰，检测过程中不同光谱之间易相互重叠，这大大限制了检测通道的数量。而制约深组织多重检测的更主要原因来自于生物体内不同组织对不同波长的吸收系数和散射系数的差别，以至于无法实现体内多重检测的量化。稀土下转换材料也可以实现近红外第二窗口区的发射，并且具有较高的发光效率、较窄的发射峰、较小的光漂白、较长的荧光寿命以及较低的长期毒性等，是用于深组织多重检测的一种很有前景的荧光探针。但是由于下转换材料掺杂的稀土离子的吸收截面和能级匹配间的差异，不同稀土离子的发射效率有着很大的差别。由于相比于光谱，荧光寿命不依赖于光强和组织穿透深度，以及分布范围窄，在背景噪声存在的情况下显得更有鲁棒性。如果能够利用稀土较长的荧光寿命的特点，通过一些结构设计实现荧光寿命可调，那么这种寿命可调的近红外第二窗口发射下转换纳米颗粒，将会是一种理想的深组织下多重检测荧光探针，在生物分析和疾病检测方面有更广阔的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种制备工艺简单、可用于深组织多重检测的寿命可调近红外第二窗口发射下转换纳米荧光探针及其合成方法。本专利技术提供的寿命可调近红外第二窗口发射下转换纳米荧光探针，是一种一核三壳层结构的纳米晶体，从内而外依次为惰性核层、下转换发光中心壳层、能量传递壳层和能量吸收壳层。其中，惰性核层用于调节整体纳米晶体的大小；下转换发光中心为激活离子掺杂的稀土纳米晶体；能量传递层用于将吸收的能量传递给发光中心；能量吸收层用于吸收外界激发光。本专利技术通过在纳米晶体合成过程中改变稀土离子掺杂的种类和掺杂量，改变下转换发射波长，再通过改变能量传递层的厚度来延长或是缩短发光离子的弛豫时间，进而使纳米晶荧光探针的荧光寿命得到改变，实现荧光寿命的可控和可调，可以得到一系列近红外第二窗口区不同发射波长以及单个波长下不同荧光寿命的下转换纳米荧光探针。本专利技术中，所述的惰性核的大小为2-200nm，下转换发光中心壳层的厚度为0.4-300nm，能量传递壳层厚度为0-300nm（优选为0.4-300nm），能量吸收壳层厚度为0.4-300nm。本专利技术中，所述的惰性核层由基质组成；其基质材料选自氟化物：CaF2、BaF2、LaF3、YF3、ZnF2、NaYF4、NaYbF4、LiYF4、KYF4、NaGdF4或NaLuF4；惰性核层用于调节最终下转换纳米荧光探针的尺寸。本专利技术中，所述的下转换发光中心由基质、敏化离子和激活离子组成；其中，基质为NaReF4、LiReF4、KReF4或BaReF5，Re为Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu中的一种或几种；敏化离子为Yb3+；敏化离子的摩尔含量为0.01%~99.9%；激活离子为Ce3+、Pr3+、Sm3+、Eu3+、Tb3+、Dy3+、Er3+、Tm3+、Ho3+中的一种或者几种；激活离子的摩尔含量为0.01%~30%；本专利技术中，所述的能量传递层由基质和敏化离子组成；其中，基质为NaReF4、LiReF4、KReF4或BaReF5，Re为Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu中的一种或几种；敏化离子为Yb3+；敏化离子的摩尔含量为0%~100%（优选敏化离子的摩尔含量为5%~95%）；通过调节能量传递层的厚度来调节荧光寿命；能量传递层厚度可以从0nm开始连续可调；本专利技术中，所述的能量吸收层由基质和敏化离子组成；其中，基质为NaReF4、LiReF4、KReF4或BaReF5，Re为Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu中的一种或几种；敏化离子为Nd3+，Yb3+中的一种或者两种；敏化离子的摩尔含量为0.01%~60%。本专利技术提供上述寿命可调近红外第二窗口发射下转换纳米荧光探针的合成方法，具体步骤如下：（1）壳层前驱体的制备：a、下转换发光中心前驱体的制备：在真空条件下将稀土盐溶解于高沸点的溶剂当中；其中，稀土盐选自：氯化物、硝酸盐、醋酸盐、氧化物、三氟乙酸盐、乙酰丙酮盐；包含的基质稀土元素为Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或Lu；包含的敏化剂稀土元素为Yb；包含的激活离子稀土元素为Ce、Pr、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm中的一种或几种；高沸点溶剂选自：油酸、硬脂酸、癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、十八烯、液体石蜡、橄榄油中的一种或者几种；溶解温度为20-150摄氏度；最终所得溶液的浓度为0.01mol/L-5mol/L；b、能量传递层前驱体的制备：在真空条件下将稀土盐溶解于高沸点的溶剂当中；其中，稀土盐选自：氯化物、硝酸盐、醋酸盐、氧化物、三氟乙酸盐、乙酰丙酮盐；包含的基质稀土元素为Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或Lu；包含的敏化剂稀土元素为Yb；高沸点溶剂选自：油酸、硬脂酸、癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、十八烯、液体石蜡、橄榄油中的一种或者几种；溶解温度为20-150摄氏度；最终所得溶液的浓度为0.01mol/L-5mol/L；c、能量吸收层前驱体的制备：在真空条件下将稀土盐溶解于高沸点的溶剂当中；其中，稀土盐选自：氯化物、硝酸盐、醋酸盐、氧化物、三氟乙酸盐、乙酰丙酮盐；包含的基质稀土元素为Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或Lu；包含的敏化剂稀土元素为Yb、Nd中的一种或者两种；高沸点溶剂选自：油酸、硬脂酸、癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、十八烯、液体石蜡、橄榄油中的一种或者几种；溶解温度为20-150摄氏度；最终所得溶液的浓度为0.01mol/L-5mol/L；d、三氟乙酸钠/钾/锂/本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种寿命可调的近红外第二窗口发射下转换纳米荧光探针，其特征在于，是一种一核三壳层结构的纳米晶体，从内而外依次为惰性核层、下转换发光中心壳层、能量传递壳层和能量吸收壳层；其中，惰性核层用于调节整体纳米晶体的大小；下转换发光中心为激活离子掺杂的稀土纳米晶体；能量传递层用于将吸收的能量传递给发光中心；能量吸收层用于吸收外界激发光；通过在纳米晶体合成过程中改变稀土离子掺杂的种类和掺杂量，改变下转换发射波长，再通过改变能量传递层的厚度来延长或是缩短发光离子的弛豫时间，进而使纳米晶荧光探针的荧光寿命得到改变，实现荧光寿命的可控和可调；所述的惰性核的大小为2‑200nm，下转换发光中心壳层的厚度为0.4‑300 nm，能量传递层厚度为0‑300 nm，能量吸收层厚度为0.4‑300 nm；所述的惰性核层由基质组成；基质材料选自氟化物：CaF2、BaF2、LaF3、YF3、ZnF2、NaYF4、NaYbF4、LiYF4、KYF4、NaGdF4或NaLuF4；所述的下转换发光中心由基质、敏化离子和激活离子组成；其中，基质材料选自NaReF4、LiReF4、KReF4或BaReF5，Re 为 Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu中的一种或几种；敏化离子为Yb...

【技术特征摘要】
1.一种寿命可调的近红外第二窗口发射下转换纳米荧光探针，其特征在于，是一种一核三壳层结构的纳米晶体，从内而外依次为惰性核层、下转换发光中心壳层、能量传递壳层和能量吸收壳层；其中，惰性核层用于调节整体纳米晶体的大小；下转换发光中心为激活离子掺杂的稀土纳米晶体；能量传递层用于将吸收的能量传递给发光中心；能量吸收层用于吸收外界激发光；通过在纳米晶体合成过程中改变稀土离子掺杂的种类和掺杂量，改变下转换发射波长，再通过改变能量传递层的厚度来延长或是缩短发光离子的弛豫时间，进而使纳米晶荧光探针的荧光寿命得到改变，实现荧光寿命的可控和可调；所述的惰性核的大小为2-200nm，下转换发光中心壳层的厚度为0.4-300nm，能量传递层厚度为0-300nm，能量吸收层厚度为0.4-300nm；所述的惰性核层由基质组成；基质材料选自氟化物：CaF2、BaF2、LaF3、YF3、ZnF2、NaYF4、NaYbF4、LiYF4、KYF4、NaGdF4或NaLuF4；所述的下转换发光中心由基质、敏化离子和激活离子组成；其中，基质材料选自NaReF4、LiReF4、KReF4或BaReF5，Re为Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu中的一种或几种；敏化离子为Yb3+；敏化离子的摩尔含量为0.01%~99.9%；激活离子为Ce3+、Pr3+、Sm3+、Eu3+、Tb3+、Dy3+、Er3+、Tm3+、Ho3+中的一种或者几种；激活离子的摩尔含量为0.01%~30%；所述的能量传递层由基质和敏化离子组成；其中，基质材料选自NaReF4、LiReF4、KReF4或BaReF5，Re为Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu中的一种或几种；敏化离子为Yb3+；敏化离子的摩尔含量为0%~100%；所述的能量吸收层由基质和敏化离子组成；其中，基质材料选自NaReF4、LiReF4、KReF4或BaReF5，Re为Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu中的一种或几种；敏化离子为Nd3+、Yb3+中的一种或者两种；敏化离子的摩尔含量为0.01%~60%。2.根据权利要求1所述的寿命可调的近红外第二窗口发射下转换纳米荧光探针，其特征在于在808nm激发光下，近红外第二窗口发射波段为1064nm、1155nm、1289nm、1475nm和1525nm；荧光寿命为1μs~10ms。3.一种如权利要求1或2所述的寿命可调的近红外第二窗口发射下转换纳米荧光探针的合成方法，其特征在于，具体步骤如下：（1）壳层前驱体的制备：a、下转换发光中心前驱体的制备：在真空条件下将稀土盐溶解于高沸点的溶剂当中；其中，稀土盐选自：氯化物、硝酸盐、醋酸盐、氧化物、三氟乙酸盐、乙酰丙酮盐；包含的基质稀土元素为Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或Lu；包含的敏化剂稀土元素为Yb；包含的激活离子稀土元素为Ce、Pr、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm中的一种或几种；高沸点溶剂选自：油酸、硬脂酸、癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、十八烯、液体石蜡、橄榄油中的一种或者几种；溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：张凡，凡勇，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：上海,31