表面生物功能化的荧光纳米粒子及其制法和应用制造技术

本发明专利技术涉及一种表面生物功能化的核壳型荧光纳米粒子及其制备方法和应用。该粒子具备核壳型结构，内核层中包裹荧光物质；外壳层由荧光通透物质构成；并且在外壳层表面修饰有机官能团。通过反相微乳液法合该纳米粒子，继而在其表面进行化学修饰使其成为生物功能化纳米粒子。该纳米粒子在细胞生物学、超微化学、生物大分子检测和医学体内诊断等领域具有重要应用前景。

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
近年来，生物检测技术迅猛发展，其中超敏感荧光检测技术的发展为在复杂环境中进行生物分子的研究提供了条件。而超敏感荧光检测技术的建立又有赖于无毒和生物相容性发光材料的成功研制。有机荧光物质是经典的荧光物质，虽然有机荧光物质由于其固有的性质有其缺点，如荧光效率问题等等，但作为经典的荧光物质相对于目前的无机荧光物质仍有其广泛应用的领域，如应用于流式细胞术、应用于抗体标记等等。生物功能化材料一直是材料研究学领域的热门领域，在生物功能化材料中，纳米材料自从上个世纪80年代以来由于其特殊的物理化学性质，越来越受到科学家们的重视，因而利用纳米技术研究和解决生物领域的重大问题也成为重要的前沿研究领域之一。然而将有机荧光材料和纳米材料结合起来作为功能化材料应用于生物领域却没有较多的深入研究，国外已有研究将此类型的荧光材料通过化学的方法修饰在纳米材料的表面。然而将荧光物质包裹于纳米材料之内却没有相关的报道，更没有将纳米粒子的表面活化，或称“表面生物功能化”，即使表面可以连接核酸、蛋白质、核苷酸、氨基酸、抗体、多肽、动植物细胞、亚细胞结构、病毒、细菌等等生物大分子或者生物体本身的能力的研究。
技术实现思路
所要解决的技术问题本专利技术需要解决的技术问题是提供一种表面生物功能化的核壳型荧光纳米粒子及其制备方法和应用，以克服现有技术中荧光物质仅修饰于纳米材料表面，以及无法使荧光纳米材料同时具备生物分子结合功能的缺陷。技术方案本专利技术的内容之一是提供一种表面生物功能化的核壳型荧光纳米粒子，具备内核和外壳的核壳型结构其内核层中含荧光物质；外壳层由荧光通透物质构成；外壳层表面为有机官能团的修饰层。上述的生物功能化荧光纳米粒子的一种优选方案为，所说的有机官能团为氨基、羧基或者巯基，或者其组合。上述的生物功能化荧光纳米粒子的另一种优选方案为，所说的荧光物质为异硫氰酸荧光素、四乙基罗丹明、四甲基异硫氰酸罗丹明、藻红蛋白，或者其组合，较佳地选择异硫氰酸荧光素FITC。上述的生物功能化荧光纳米粒子的另一种优选方案为，所说的外壳层成分为二氧化硅、琼脂糖、烯烃聚合物、聚丙烯腈或环氧化合物，或者其组合。本领域的普通技术人员无需特别的实验即可理解，制备所说的外壳层成分可以是无机包裹层，例如氨基硅烷、巯基硅烷，还可以是有机包裹层，例如糖苷、蛋白质等。无机包裹层优选氨基硅烷，有机包裹层优选糖苷。较佳地，其成分选自二氧化硅、琼脂糖、烯烃聚合物、聚丙烯腈、环氧化合物、或其组合；最佳地，所述内核层的外壳成分是二氧化硅。本专利技术的内容之二是提供一种制备所说的表面生物功能化的核壳型荧光纳米粒子的方法，包括如下步骤(1)提供异丙醇和荧光物质的水溶液；(2)将氨水和正硅酸乙酯分别先后加入步骤(1)所说的水溶液中，在室温的条件下反应3～5个小时得到荧光粒子；(3)在步骤(2)的荧光粒子的醇溶液中加入氨基化、羧基化或者巯基化试剂，在25～60℃下反应1～6小时，即获得表面生物功能化的荧光纳米粒子。本专利技术同时提供上述的表面生物功能化的核壳型荧光纳米粒子的另一种制备方法，包括如下步骤(1)提供TritonX-100、正己醇、环己烷和荧光物质的微乳液；(2)将氨水和正硅酸乙酯分别先后加入步骤(1)所说的水溶液中，在室温的条件下反应8～15个小时得到荧光粒子；(3)在步骤(2)的荧光粒子的醇溶液中加入氨基化、羧基化或者巯基化试剂，在25～60℃下反应1～6小时，即获得表面生物功能化的荧光纳米粒子。上述的两种表面生物功能化的核壳型荧光纳米粒子的制备方法的优选方案为，所说的氨基化、羧基化或者巯基化试剂分别为N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-巯基丙基三甲氧基硅烷、3-巯基丙基三甲氧基硅烷，也可以是巯基乙酸或者巯基丙酸。本领域的普通技术人员无需特别的实验即可理解，所说的修饰剂为硅烷类修饰剂，但并不限于上述的几种。对于选定的外壳成分，一般技术人员可根据现有技术选用合适的外壳层形成剂。例如当外壳成分为二氧化硅时，可选用正硅酸乙酯或其它合适的外壳层形成剂。上述的生物功能化荧光纳米粒子制备方法的一种优选方案为，所说的微乳液体系中含有TritonX-100、正己醇、环己烷按，其体积比为1∶1～3∶4～6。本专利技术的内容之二是提供上述的生物功能化荧光纳米粒子的应用，所说的有机化官能团通过化学键与核酸、蛋白质、核苷酸、氨基酸或者其衍生物结合。上述的生物功能化荧光纳米粒子的另一种应用为，所说的有机化官能团与动植物细胞或者亚细胞结构或者病毒颗粒结合。有益效果1、本专利技术的生物功能化荧光纳米粒子与现有技术中荧光物质仅修饰于纳米材料表面相比，可以使纳米材料不但具备荧光标记能够方便地指示的性能之外，还具备有机官能团，通过化学键与核酸、蛋白质、核苷酸、氨基酸或者其衍生物结合，乃至与动植物细胞或者亚细胞结构或者病毒颗粒结合的生物应用功能。2、本专利技术的实验表明，将荧光物质包裹于纳米颗粒后，其发光性质稳定、颗粒分布均匀、表面光滑，是一种新型的超微检测纳米材料。3、本专利技术的生物功能化荧光纳米粒子其外壳层采用二氧化硅、琼脂糖等无毒、具有生物相容性的材料，使应用于生物化学领域成为可能。4、本专利技术的制备方法采用成本低廉的有机荧光物质、外壳形成剂等，使得实际大规模生产具有可行性。5、采用纳米颗粒包裹荧光物质和生物功能基团，可以有效的发挥纳米材料的表面积优势，提高生物反应的效率、加快反应时间，同时减小反应体系的总量，使得进行微量检测和微量反应简便易行。6、生物功能化的纳米粒子对于纳米水平上的生物材料的理化性质的研究提供了基础，同时进一步提供了扩大应用的可能性。7、在本专利技术的纳米粒子上连接核酸、蛋白质、核苷酸、氨基酸、抗体、多肽、动植物细胞、亚细胞结构、病毒、细菌等等，可以广泛应用于各类分子的检测和疾病的示踪治疗。附图说明图1是二氧化硅包裹荧光纳米粒子的透射电子显微镜照片。从图中可以看出，包裹了荧光物质的纳米粒子具有很规则的形态，具有很好的单分散性，表明二氧化硅已经很好的将荧光物质包裹于其中。图2是二氧化硅包裹荧光物质的纳米粒子的荧光显微镜照片。图中可以看出，包裹荧光物质纳米粒子具有很好的荧光性质，同时也进一步证明二氧化硅已经成功地将荧光物质包裹于其中。图3是二氧化硅包裹荧光物质的纳米粒子的荧光光谱。从图谱中可以看出，包裹荧光物质纳米粒子具有较好的荧光强度，同时也进一步证明二氧化硅已经成功地将荧光物质包裹于其中。图4是修饰巯基的纳米粒子的拉曼光谱。从图谱中可以看出，2167cm-1处是SH的拉曼光谱。1328cm-1归属为CH2的面外摇摆振动谱，1388cm-1和1464cm-1是CH2的伸缩振动峰位，而1594cm-1可指认为C-C链的伸缩振动峰位，2934cm-1附近的谱带则归属于CH2的反对称的伸缩振动，395cm-1处的峰是C-C链变形振动所产生的。(CH2)n和Si-O-的局域模的对称伸缩振动出现在1075cm-1附近。在1003cm-1和502cm-1处有相应的-O-Si-O-局域模的对称伸缩振动。1231cm-1处的峰位是C-Si的伸缩震动，668cm-1和730cm-1两处的拉曼峰位则是因为C-S键伸缩振动而产生。碳硅键、硅氧键、碳碳键、碳氢键以及碳硫键的拉曼峰的出现，表明了巯基化合物已被成功地本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表面生物功能化的核壳型荧光纳米粒子，具备内核和外壳的核壳型结构：其内核层中含荧光物质；外壳层由荧光通透物质构成；外壳层表面为有机官能团的修饰层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：沈鹤柏，周丽佳，陈伟，朱龙章，
申请(专利权)人：上海师范大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]