一种经过表面修饰活化的上转换发光材料制造技术

本发明专利技术公开了一种表面覆盖一层薄而均匀的ＳｉＯ↓［２］，ＳｉＯ↓［２］层上由硅烷化衍生物修饰而得到活性游离基团，进而通过双功能交联剂与抗体、酶、寡核苷酸、蛋白质等生物活性分子相连接的上转换发光材料；本发明专利技术使用了全新的方法系统对上转换发光材料表面进行了修饰与活化，使得经过表面修饰活化的上转换发光材料可以作为一种全新的生物分析标记物，以极高的稳定性、灵敏性、灵活性应用于传统标记物所涉及的各个领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种上转换发光材料，特别是涉及一种经过表面修饰活化的上转换发光材料及其作为生物标记物在生物领域中的应用。
技术介绍
上转换发光材料(Up-Converting Phosphor，下称UCP，见附图1)是一种可对能量进行上转的无机合成物，即UCP可吸收低能量的(长波长)红外光，但却发射高能量的(短波长)可见光。UCP是由几种稀土金属元素掺杂于某些晶体的晶格中构成的。在这种材料中有三种主要的成分主基质、吸收子和发射子。采用合成法可以制得含有不同主基质、吸收子、发射子的UCP。然而，UCP的主基质一般是氧硫化物、氟化物、镓酸盐以及硅酸盐等，这几种物质的表面均没有可以利用的基团，使生物活性分子无法直接共价固定于UCP表面。至于UCP连接生物活性分子的方法，已有技术均存在一定的缺陷，例如UCP未经任何处理，而只是凭借其纳米级颗粒表面带静电的特性，直接吸附生物活性分子，这使得UCP在生物分析过程中稳定性、重现性无法得到保证；即使在对UCP表面进行了硅化与修饰的实验中，由于连接生物活性分子时，未对不稳定的Schiff碱(-CH＝N-)进行进一步的处理，使得UCP与生物活性分子的连接产物由于Schiff碱(-CH＝N-)不稳定、易水解，而无法长期保存。如何实现UCP表面活化的高效率、高稳定性及重现性，并与此同时最大限度地保持生物活性分子的活性不受损伤，已有技术中并未明确教导相应的解决方案。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种经过表面修饰处理的UCP。具体地说，该UCP的表面覆盖有一层薄而均匀的SiO2。有利地，SiO2层上进一步包含经硅烷化试剂衍生物修饰而得到的活性游离基团，所述硅烷化试剂衍生物优选为三乙氧基-3-氨基丙基硅烷(3-aminopropyltriethoxysilane，APES)，所述活性游离基团包括-NH2、-COOH、-OH，优选为-NH2。本专利技术的另一目的是提供一种生物标记物，包括经表面硅化和表面功能化处理的UCP和生物活性分子，其中UCP与生物活性分子是通过双功能交联剂连接的，所述双功能交联剂包括葡聚糖(dextran linker)、NH2-PEG-COOH(PEG＝聚乙二醇)、NH2-PEG-NH2、戊二醛、对二苯甲醛，所述生物活性分子包括但不限于抗体、酶、寡核苷酸、蛋白质。另外，本专利技术进一步提供一种生物检测装置，其特征在于包括上述生物标记物。本专利技术修饰活化的UCP作为生物标记物在生物分析中，以无本底干扰、无粹灭、适于多重分析和定量分析等显著优势，从本质上有别于传统标记物。其在快速免疫分析、微点阵、高通量药物筛选、基因组学研究、外科手术组织成像、食品环境检测以及生化战防御等方面都将得到广泛地应用。在另一方面，本专利技术还提供了制备本专利技术经表面修饰处理UCP的方法。在现有的一些技术中，UCP表面硅化与氨基化后，立即采用高速离心的方法将UCP从反应体系中分离，实验证明由于此时UCP表面的硅层并未完全硬化，高速离心的过程中会使大量的颗粒牢固地粘于一起，并随着硅层的硬化既使超声也无法分离，这为后期UCP标记物在生物分析中的应用带来潜在的障碍；而本专利技术所采取的硅化与氨基化分开进行、以蒸馏结束反应分离UCP的方法，对这一问题予以了针对性的解决A.本专利技术中在硅化反应完全后，采用蒸干体系的方法分离出已硅化好、但硅层尚未硬化的UCP颗粒，这样一来保证了UCP颗粒形态的完整性以及颗粒之间的独立性；B.硅化完成后，在硅层硬化老化之前立即进行氨基化反应，由此可最大程度地保护与利用UCP表面硅层上的-OH，提高氨基化效率。因为，硅层硬化老化的过程实际就是两分子-OH失去一分子H2O结合成-O-，即-OH急剧减少的过程；C.氨基化后，最终的高温老化过程使硅层在UCP的表面彻底硬化，保证了UCP表面修饰后的稳定性。具体地说，本专利技术所述方法包括(1)UCP表面硅化将UCP的表面覆盖一层薄而均匀的SiO2，通过Si(OC2H5)4在含有NH3的液相中水解就可以实现。具体反应如下 (2)UCP的表面功能化UCP表面硅化所形成的SiO2层，与硅烷化试剂的衍生物反应，便可以在UCP的SiO2层上修饰活性游离基团-NH2、-COOH、-OH等，使UCP可进行后续的连接反应。 三乙氧基-3-氨基丙基硅烷 一氯-十二酰氯-二甲基硅烷 一氯-癸酰甲氧基-二甲基硅烷三乙氧基-3-巯基丙基硅烷优选地，本专利技术利用三乙氧基-3-氨基丙基硅烷(APES)在UCP的硅层表面修饰-NH2， 具体反应如下 本专利技术UCP硅化以及APES修饰的过程均在有机相中进行，并且以蒸干体系结束反应，藉此提高了UCP表面硅化以及修饰的效率，同时具备产量高、操作简便等优点。在另一方面，本专利技术进一步提供制备本专利技术生物标记物的方法，包括在上述步骤(1)和(2)之后进行以下操作(3)UCP连接生物活性分子经过功能化的UCP通过它表面所带有的活性游离基团(例如-NH2)，经双功能交联剂与生物活性分子相连接。在本专利技术中，可采用戊二醛、碳二亚胺(EDC)或物理吸附法，在UCP表面连接生物活性分子(见图4、图5、图6、图7、图8)。具体地说，本专利技术生物标记物的制备方法包含如下步骤上转换发光材料表面硅化100体积份异丙醇中加入2-3体积份氨水和3-4体积份H2O3，混合均匀；称量100重量份UCP，将混合液反应体系加入其中，用超声波处理30s将反应体系充分混合均匀；放入磁转子，在30-50℃水浴中，磁力搅拌，平衡20-40min；悬浊液反应体系，加入0.3-0.5体积份正硅酸乙脂；30-50℃磁力搅拌器搅拌反应3-5h；上口改为蒸馏系统，将水浴升温至80-100℃左右，磁力搅拌，蒸干烧瓶中的混合液反应体系；即得本专利技术表面硅化的UCP；上转换发光材料表面氨基化上一步得到的UCP中加入100体积份三氯甲烷，用超声波处理30s将烧瓶中的体系充分混合均匀，并倒入在实验准备中处理好的烧瓶中；烧瓶中的悬浊液反应体系，加入0.1-0.3体积份APES，并放入磁转子，上口接蒸馏系统；将烧瓶放入60-80℃左右水浴中磁力搅拌，蒸干混合液反应体系；将UCP连同烧瓶放入100-120℃烘箱中老化5-8h；老化的UCP中加入20体积份水，超声波处理30s将烧瓶中的体系充分混合均匀；将悬浊液倒入离心管中，用少量水清洗烧瓶，洗液合并入离心管中；用水作为清洗液进行12000r/min离心15-30min，共1次，不重悬沉降物，离心10-15min，共2次，超声30s混匀后，离心15-30min，共1次，离心清洗，每次将上清液尽量吸尽；离心管中的UCP沉降物中加入少量水，用超声波处理30s将其充分混合均匀；将UCP悬浊液倒入蒸发皿中，100-120℃蒸干；即得本专利技术表面氨基化的UCP；上转换发光材料表面醛基化将100重量份氨基化UCP加入圆底磨口烧瓶中；将85-90体积份pH＝8-10，0.01-0.1mol/L Na2CO3-NaHCO3缓冲液，加入盛有氨基化UCP的圆底磨口烧瓶中，用超声波处理30s将烧瓶中的反应体系充分混合均匀；UCP悬浊液反应体系中，加入10-15体积份50％戊二醛，磁力搅拌，常温反应1-2h；将UCP悬浊液反应体系分别倒入离心管中，用少量pH＝8-10，0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种上转换发光材料，其特征在于其表面覆盖一层薄而均匀的ＳｉＯ↓［２］。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：周蕾，纪军，杨瑞馥，王津，郑岩，候秀洁，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事医学科学院微生物流行病研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]