一种近红外荧光磁性Fe NCs双模探针及其合成方法与应用技术

本发明专利技术公开一种近红外荧光磁性Fe NCs双模探针及其合成方法与应用。该磁性Fe NCs双模探针中铁元素的价态为0价，其粒径为5 nm，其中稳定剂谷胱甘肽和铁离子的摩尔比为1:0.3073所制得的铁纳米簇具有出色的近红外荧光发射能力，可以有效避免样品中生物自体荧光的干扰，可用于在复杂检测体系中对药物分子硫普罗宁的高灵敏检测。此外，该探针还具有较强的顺磁性质，在外加磁场的作用下能够产生明亮的T

【技术实现步骤摘要】
一种近红外荧光磁性FeNCs双模探针及其合成方法与应用本专利技术得到国家自然科学基金面上项目（No.21375095）、天津市自然科学基金青年项目（No.17JCQNJC05800），天津师范大学“无机-有机杂化功能材料化学教育部重点实验室”、“天津市功能分子结构与性能重点实验室”开放基金项目和天津师范大学“未来千人计划”项目（WLQR201914）的支持。
本专利技术属于化学合成和生物分析检测
，涉及一种具有近红外荧光发射能力的磁性铁纳米簇及其简单、绿色、快速的合成方法。
技术介绍
金属纳米簇（MetalNanoclusters，NCs）作为一种近些年来新兴的纳米发光材料，其接近费米波长的粒径不仅使其具有优异的荧光性质，还表现出高水溶性、高分散性和荧光可调节性等分子才具备的性质。同有机荧光染料、半导体量子点、稀土上转换荧光材料等传统发光材料相对比，金属纳米簇在保持纳米荧光探针优良的荧光性能和传感性能的同时，还具有更加细小的粒径和更加优良的生物相容性，使得其在生物医学、环境科学等相关领域应用广泛，并成为当前国内外分析检测
备受关注的热点研发方向。根据金属纳米簇荧光探针的制备原料不同，可以将其分为贵金属纳米簇和普通过渡金属纳米簇两类。其中，贵金属纳米簇主要有金纳米簇（AuNCs）、银纳米簇（AgNCs）和铂纳米簇（PtNCs），这些贵金属纳米簇荧光探针因发展历史较长，故与之相关的制备技术和工艺相对成熟，制备与应用难度较低，但是其无一例外需要使用金、银等昂贵的贵金属作为制备原料，使得其制备与使用成本较高，导致贵金属纳米簇荧光探针迄今为止只限于在基础科学研究和实验室分析中开展少量的应用，大大限制了其在临床检测和工业分析等实际生产中的大规模应用。为了较好地解决贵金属纳米簇荧光探针在实际应用中“高成本、难普及”这一难题，近年来科技工作者先后开发了铜纳米簇（CuNCs）和铁纳米簇（FeNCs）这两种普通过渡金属纳米簇荧光探针。由于上述两种过渡金属纳米簇制备原料廉价易得，制备过程无需加热且反应时间较短，故较于传统的贵金属纳米簇荧光探针其制备与使用成本相大大降低，非常有利于在实际生产应用中大规模推广，具有广阔的应用前景。在过渡金属纳米簇荧光探针中，相较于近年来已被广泛报道的CuNCs荧光探针，荧光FeNCs还有着许多独特的优点。首先，就原材料而言，铁的价格明显低于铜的价格，故FeNCs探针的成本较CuNCs探针低得多，在分析检测等实际生产应用中更加具有成本优势。其次，FeNCs较CuNCs拥有更长的荧光发射波长，更有利于避免在生物样品中被生物自体荧光干扰，提高分析检测的灵敏度和准确度。更重要的一点是，无论贵金属纳米簇还是CuNCs都仅具有荧光发射性能而不具有任何磁性能，这些纳米簇只能用作荧光探针而不能作为荧光/磁共振双模探针来使用，无法实现荧光信号和磁共振信号的同时输出。如果要基于上述金属纳米簇制备荧光/磁共振双模态纳米探针则必须额外偶联其它具有磁信号响应的纳米粒子（如Fe3O4等），不仅增加了额外的制备流程，而且推高了制备成本。然而，铁元素是具有磁性的，以铁元素为基质制备的FeNCs不仅具有向光发射性能，而且具有磁性能。若将其发展为荧光/磁共振双模态传感探针，可将两种信号的同时输出，实现一材两用，节约应用成本。因此，相较于贵金属纳米簇探针和CuNCs探针而言，FeNCs探针无疑具有巨大的技术进步。当前，在国内外的技术文献中对荧光FeNCs探针鲜有报道，这是因为铁元素属于氢前金属，在溶液中将其由阳离子还原为0价的FeNCs较金银铜等氢后金属元素困难，制得的FeNCs也非常容易再次被氧化，使得产品难以在常规条件下保存。目前，国际上报道出来的有关制备荧光FeNCs的文献仅有3篇，分别为：N.Goswamiet.al.,Nanoscale,2014,6,1848-1854;N.Hashemiet.al.,Microchim.Acta,2018,185,60;A.Joseet.al.,ColloidSurfaceB,2018,165,371-380。因为FeNCs制备非常困难，为了避免制得的FeNCs再次被氧化，上述三篇文献无一例外均采用血红蛋白（Hb）为铁源和制备模板，他们利用哌啶将血红蛋白中的铁离子提取到血红蛋白的表面，再以相应的还原剂将铁离子还原为铁原子，从而制得发射黄色至橙色（发射波长为580-600nm）的FeNCs荧光探针。该制备方法存在诸多弊端：首先，无论是贵金属纳米簇还是CuNCs，纳米簇中金属元素均来自于金属无机盐原料，而该方法制得的FeNCs中，铁元素来自于血液制品——血红蛋白。众所周知，金属无机盐的价格远远低于血液制品的价格，该方法采用血红蛋白作为制备FeNCs的主要原料无疑推高了FeNCs的制备与应用成本。其次，金属纳米簇的荧光发射能力来自于金属原子中受激电子的跃迁，模板分子上生长结合的金属原子越多，受激发而产生跃迁的电子数目就越多，相应地，纳米簇的荧光发射能力也就越强。一般来说，在荧光金属纳米簇的一个模板分子表面会生长10-100个金属原子。而该制备方法中血红蛋白既是铁源又是制备模板，一个血红蛋白分子中仅含有一个铁离子，若以该方法制备FeNCs，则一个模板分子表面仅能生长一个金属原子，大大制约了该FeNCs探针的发光效率。同时，该制备方法并不能直接在血红蛋白内部还原铁离子，需要先使用哌啶将铁离子从血红蛋白内部提取至其表面才能进行还原。哌啶是有毒试剂，又属于易制毒化学品，受到严格的管控，采用哌啶作为制备FeNCs的必备试剂将面临极大的安全和经济风险，不利于在实际生产中大规模推广。针对上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种快速、高效、绿色、低成本的近红外荧光磁性FeNCs（FeNCs）双模态探针的制备方法。本方法使用还原型谷胱甘肽（GSH）作为制备模板和保护剂，以氯化亚铁无机盐作为铁源，在水溶液中以硼氢化钠为还原剂将+2价的亚铁离子还原为0价的铁原子，从而制成一种同时具备近红外荧光发射性能和顺磁性能的FeNCs。本方法采用的制备模板GSH是一种是广泛存在于动、植物中的生物活性小分子（三肽），来源广泛价格低廉，其中富含的巯基基团可以结合多个铁原子，保证了所制得的FeNCs的荧光发射效率。本方法以硼氢化钠代替了传统金属纳米簇合成方法中常用的水合肼还原剂，也无需哌啶等有毒试剂，制备过程绿色、环保、高效，用时仅15分钟。最终形成的FeNCs性能稳定，保存时间长，且具有极好的磁共振响应性能，可以实现荧光和磁共振双模态信号的同时输出，具有明显的技术进步性和广阔的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种水溶性无毒FeNCs的简便水相室温合成方法，采用该法制备的FeNCs在具备优异的近红外荧光发射能力的同时，亦具备优良的顺磁性质，可同时具有荧光和磁共振（MRI）两种检测信号的响应能力，即所谓“双模态”信号响应能力，在药物分子检测和MRI成像应用等方面具有很好的应用前景。为实现上述目的，本专利技术公开了一种近红外荧光磁性FeNCs双模探针，其特征在于：该磁性FeNCs双模探针中铁元本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种近红外荧光磁性Fe NCs双模探针，其特征在于：该磁性Fe NCs双模探针中铁元素的价态为0价，其粒径为5 nm，其中稳定剂谷胱甘肽和铁离子的摩尔比为1:0.3073。/n

【技术特征摘要】
1.一种近红外荧光磁性FeNCs双模探针，其特征在于：该磁性FeNCs双模探针中铁元素的价态为0价，其粒径为5nm，其中稳定剂谷胱甘肽和铁离子的摩尔比为1:0.3073。


2.权利要求1所述近红外荧光磁性FeNCs双模探针的合成方法，其特征在于按如下的步骤进行：
（1）称取0.1000g还原型谷胱甘肽（GSH）溶于15mL高纯水中；
（2）称取四水合氯化亚铁（FeCl2·4H2O）0.1988g，溶于10mL高纯水中，形成0....

【专利技术属性】
技术研发人员：张菲，张子彤，李妍，霍建中，张俊华，盛美思，廖亚兰，
申请(专利权)人：天津师范大学，
类型：发明
国别省市：天津;12