用于生物材料标记的稀土纳米粒子、其制备方法及用途技术

本发明专利技术涉及一种用于标记生物材料的稀土纳米粒子。该粒子的粒径在３ｎｍ－４００ｎｍ之间，它能与所说的生物材料相连接，而且在激发时能够发出荧光。该粒子的成分是选自下列各复合物质中的一种或数种：ＳｒＡｌ↓［２］Ｏ↓［４］∶Ｅｕ↑［２＋］；ＳｒＡｌ↓［２］Ｏ↓［４］∶Ｅｕ↑［２＋］＋Ｄｙ↑［３＋］；Ｙ↓［２］Ｏ↓［３］∶Ｅｕ↑［３＋］；ＣａＳ∶Ｅｕ↑［３＋］；ＣａＳ∶Ｅｕ↑［３＋］＋Ｘ，其中Ｘ＝Ｔｍ↑［３＋］、Ｙ↑［３＋］或Ａｌ↑［３＋］；ＺｎＳ∶Ｙ，其中Ｙ＝Ｅｕ↑［２＋］、Ｍｎ↑［２＋］、Ｃｕ↑［２＋］、Ａｇ↑［＋］和／或Ａｕ↑［＋］；Ｇｄ↓［２］Ｏ↓［３］∶Ｅｕ↑［３＋］；Ｌａ↓［２］Ｏ↓［３］∶Ｅｕ↑［３＋］；ＭｇＢ↓［５］Ｏ↓［１０］∶Ｃｅ↑［３＋］＋Ｇｄ↑［３＋］；ＳｒＢ↓［４］Ｏ↓［７］∶Ｓｍ↑［２＋］和／或Ｇｄ↓［３］（ＰＯ↓［４］）↓［２］∶Ｅｕ↑［３＋］。为防止稀土纳米粒子的水解，在其表面可被包被上一层聚合物膜或无机物膜。包被后的粒子的粒径优选在５－１００ｎｍ之间。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种可用于生物材料标记的稀土纳米粒子材料、其制备方法及用途。具体地讲，本专利技术涉及一种可用于生物材料标记的、被聚合物包被的稀土纳米粒子材料、其制备方法及用途。生物材料如DNA、多肽、蛋白质、细胞及组织等本身缺少可以用来进行检测的性质。在生命科学研究或临床诊断中常需要对这些材料进行标记，以使其具有放射性、荧光或化学发光等性质。荧光标记法是目前普遍采用的一种方法。目前，常用的荧光材料主要是有机染料，如异硫氰基荧光素(FITC)、四乙基罗丹明(RB 200)等。有机染料荧光光谱的缺点是激发峰比较窄，斯托克斯位移小，发光时间短，易于光漂白，这使得有机荧光标记技术的应用受到很大限制。目前，有许多报道利用荧光微球作为抗体(抗原)分子的荧光标记物。例如，用二萘嵌苯微球(0.8-1μm)作为荧光标记物，与抗体相连后溶于水溶液中，可以定量检测抗原的浓度。而量子点纳米微球由于其量子限制效应，具有光谱激发峰宽、发射峰窄、发光时间不易被光漂白等特点，适合作为一种理想的荧光标记材料。Chan和Marcel报道了分别将不同的量子点纳米微球用于生物分子的标记。但是，由于制备量子点纳米微球的条件很苛刻，且成本昂贵，使它的应用程度也受到了很大的限制。美国专利US5,990,479中提出了用一种纳米晶半导体来作为荧光探针。其所采用的半导体为MgS、MgSe、MgTe、CaS、CaSe、CaTe、SrS、SrSe、SrTe、BaS、BaSe、BaTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、HgS、HgSe和HgTe等。众所周知，稀土类固体材料荧光强度高，荧光寿命长(很多材料的寿命可达到毫秒到分钟数量级)，斯托克斯位移大，且品种繁多，合成方法简便，成本低廉，是一类使用范围极广的荧光材料。但是，目前稀土材料通常是由高温合成的，多为块状材料。其中某些成分溶于水，如其硼酸盐、铝酸盐等，在水溶液中应用时会导致这些磷光体部分溶解于水而失去发出荧光的特性，因此不宜直接作为生物材料的荧光标记物。同时，还存在无机的稀土材料与生物材料连接强度问题，以及连接后如何保持生物材料的活性问题。与US5,990,479半导体纳米荧光探针不同，本专利技术提出一种稀土或掺杂稀土的纳米粒子作为生物材料的荧光探针。其发光机理与稀土的f层电子的形变有关。本专利技术的目的就是提供一种可应用于水溶液中的、与生物材料连接较好的标记生物材料的稀土纳米粒子。本专利技术的另一目的是提供一种制备上述稀土纳米粒子的方法。本专利技术还有一个目的是将上述的稀土纳米粒子应用于生物材料的检测。在本专利技术中，可用作类荧光探针的稀土纳米粒子可以是一种稀土或者几种稀土组成的混合物，也可以是稀土掺杂于其它非稀土元素中所形成的混合物，如掺杂于硫化物、磷酸盐、铝酸盐、硼酸盐等物质中。具体地说，本专利技术的稀土纳米粒子的成分可以选自下列各复合物质中的一种或数种SrAl2O4Eu2+；SrAl2O4Eu2++Dy3+；Y2O3Eu3+；CaSEu3+；CaSEu3++X，其中X＝Tm3+、Y3+或Al3+；ZnSY，其中Y＝Eu3+、Mn2+、Cu2+、Ag+和/或Au+；Gd2O3Eu3+；La2O3Eu3+；MgB5O10Ce3++Gd3+；SrB4O7Sm2+和/或Gd3(PO4)2Eu3+。在上述各表达式中，Mn+表示掺杂的稀土。本专利技术稀土粒子具有很强的荧光强度，其形状可以是球形、棒状、立方体、长方体或者前几种的任意组合形状。粒径大小可在3纳米到400纳米之间，适宜的粒径大小在5-100纳米之间。最佳的范围是经下面包被处理后，粒子的大小在5-100纳米之间。荧光纳米粒子粒径分布比较窄，粒径分布在±20％内，最好在±15％之内。本专利技术中，为使稀土纳米粒子荧光材料不被所应用体系中的溶液腐蚀或溶解，从而导致荧光强度下降，应当对稀土纳米粒子材料进行包被。即在所说的稀土纳米粒子的表面被包被上一层聚合物膜或无机物膜，以保护稀土纳米粒子。包被的方法基本上有三种有机单体聚合法、有机硅烷水解法以及吸附法。利用有机单体聚合法所得的聚合物膜的表面需经功能化处理，使不同的功能基团如氨基、羧基、羟基、醛基和/或环氧基等连接于粒子的表面，从而使包覆后的稀土纳米粒子可以与生物材料进行有效地连接。有机单体聚合法的包被层是由下列各种单体中的一种或多种组分组成的总的有机单体通过悬浮聚合而得1.包覆单体分子中仅含有一个可以进行自由基聚合的碳-碳双键；2.交联剂分子中含有2个或2个以上的可以进行自由基聚合的碳-碳双键。加入交联剂的目的是使得表面包被层中含有网状结构，但该单体的加入是任选的；3.功能化试剂分子中同时含可以进行自由基聚合的碳-碳双键以及功能化基团。这些功能化基团可以是氨基、羧基、羟基、醛基或环氧基等。通过这些功能基团，稀土纳米荧光探针可以方便地与生物材料连接；4.偶联剂一端含有强极性的磷酰氧基团，跟稀土具有强的络合作用，而另一端含有长链及可以与其它单体共聚的双键。由于稀土纳米粒子的表面极性强，而聚合物的极性较弱，为了使聚合物能够完全包覆于稀土纳米粒子的表面，还可以加入上述偶联剂。这样，前面所述的聚合单体如包覆单体、交联剂、功能化试剂等可以先吸附于微粒表面，再进行聚合，结果是可以得到分布均匀的聚合物包覆层。而纯的聚合单体则很少形成新的聚合物颗粒。在本专利技术中，包覆单体通常选自下列组中的一种或多种丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸-2-羟乙酯、丙烯酸-2-羟乙酯、乙二醇单环氧丙烯酸酯、乙二醇单丙烯酸酯、三乙二醇二丙烯酸酯、乙二醇二丙烯酸酯和苯乙烯等。本专利技术的交联剂通常选自下列组中的一种或多种二乙烯苯、乙二醇二丙烯酸酯、二乙二醇二丙烯酸酯、三乙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇二丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯等。本专利技术的功能化试剂通常选自下列组中的一种或多种丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯醛、丙烯酰胺、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-醛基丙基三乙氧基硅烷、3-胺基丙基三乙氧基硅烷、3-巯基丙基三乙氧基硅烷、甲基丙烯酸-2-羟乙酯、丙烯酸-2-羟乙酯、甲基丙烯酸-2-胺乙酯、乙二醇双还氧单丙烯酸酯、3-环氧基丙基三乙基硅烷等。本专利技术所选的偶联剂可以是磷酸双-(三羟甲基丙烷二丙烯酸酯)、磷酸双-(甲基丙烯酸-2-羟乙酯)和/或磷酸双-(季戊四醇三丙烯酸酯)等。除了上述采用聚合方法在稀土纳米粒子上包被聚合物层外，另一种在稀土纳米粒子上进行包被的方法是有机硅烷水解法。该方法首先用硅酸烷基酯在稀土纳米粒子上经水解形成二氧化硅层，然后再用有机硅烷如三乙氧基-3-氨基丙基硅烷、三乙氧基-3-醛基丙基硅烷、三乙氧基-3-巯基丙基硅烷和/或四乙氧基硅烷等进行功能化处理，以便包被后的稀土纳米粒子与生物材料继续更好地连接。另外，还可以直接在稀土纳米粒子表面上吸附氨基葡聚糖、聚甲基丙烯酸、环氧葡聚糖和/或磷脂等，形成包被层。采用有机单体聚合法制备用于标记生物材料的稀土纳米粒子时，主要包括如下步骤(1)制备粒径在3-400nm之间的稀土纳米粒子；(2)将步骤(1)制备的稀土粒子加入到有机溶剂中；(3)在步骤(2)所得的混合物中加入总的有机单体和聚合引发剂，进行悬浮聚合，使得稀土纳米粒子表面包覆一层聚合物膜。本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于标记生物材料的稀土纳米粒子，该粒子的粒径在３ｎｍ－４００ｎｍ之间，它能与所说的生物材料相连接，而且在激发时能够发出荧光，其特征在于，所说粒子的成分是选自下列各复合物质中的一种或数种：ＳｒＡｌ↓［２］Ｏ↓［４］∶Ｅｕ↑［２＋］；ＳｒＡｌ↓［２］Ｏ↓［４］∶Ｅｕ↑［２＋］＋Ｄｙ↑［３＋］；Ｙ↓［２］Ｏ↓［３］∶Ｅｕ↑［３＋］；ＣａＳ∶Ｅｕ↑［３＋］；ＣａＳ∶Ｅｕ↑［３＋］＋Ｘ，其中Ｘ＝Ｔｍ↑［３＋］、Ｙ↑［３＋］或Ａｌ↑［３＋］；ＺｎＳ∶Ｙ，其中Ｙ＝Ｅｕ↑［２＋］、Ｍｎ↑［２＋］、Ｃｕ↑［２＋］、Ａｇ↑［＋］和／或Ａｕ↑［＋］；Ｇｄ↓［２］Ｏ↓［３］∶Ｅｕ↑［３＋］；Ｌａ↓［２］Ｏ↓［３］∶Ｅｕ↑［３＋］；ＭｇＢ↓［５］Ｏ↓［１０］∶Ｃｅ↑［３＋］＋Ｇｄ↑［３＋］；ＳｒＢ↓［４］Ｏ↓［７］∶Ｓｍ↑［２＋］和／或Ｇｄ↓［３］（ＰＯ↓［４］）↓［２］∶Ｅｕ↑［３＋］。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙宝全，衣光舜，陈德朴，赵淑英，周玉祥，程京，
申请(专利权)人：清华大学，北京博奥生物芯片有限责任公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]