[发明专利]水溶性荧光磁性纳米微粒及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明属于纳米材料制备领域，尤其涉及一种水溶性荧光磁性纳米微粒及其制备方法。

背景技术：

量子点(quantum dots，QDs)，又可称为纳米晶，是一种由II-VI族或III-V族元素组成的纳米颗粒。量子点的粒径一般介于1-10nm之间，由于粒径很小，电子和空穴被量子限域，连续能带变成具有分子特性的分立能级结构，受激后可以发射荧光。由于具有发光强度高、光稳定性好、易激发且发光波段范围窄等优点，半导体量子点材料已逐步代替传统的有机荧光染料而作为一种新的荧光标记物被运用于医学诊断等诸多领域中。1998年，Chan和Nie等(ChanWC，Nie S，Science，1998，281：2016-2018)及Bruchez(Bruchez M，MoronneM，Gin P，et al，Science，1998，281：2013-2016)研究小组同时突破性地解决了量子点作为生物探针的生物相容性问题，成功地把与生物大分子偶联的量子点应用于活细胞体系，标志着量子点的生物学应用开始起步。近几年，量子点在体内外成像、标靶特异组织和细胞等方面均取得了新的进展。

近十几年，科学工作者对磁性纳米粒子进行各种化学、物理、生物的表面修饰，制备出各种不同用途的具有生物活性功能基团的纳米磁粒，极大地拓宽了纳米磁粒在医学上的应用范围，如细胞标记和分离、核磁共振造影剂、导向药物载体和肿瘤磁过热疗法等。

量子点和磁性纳米材料是两类非常重要的材料，近年来一直是材料学研究领域的热点。若能将量子点的荧光标记性和磁性纳米粒子的良好可操纵性及分离能力结合起来得到双功能荧光磁性复合纳米材料，就可以极大地拓展其在生物医学中的应用范围。

综合国内外研究现状，目前荧光磁性复合纳米微粒的制备方法主要有以下两种：第一，将荧光物质和磁性纳米粒子分别包埋在高分子微球中；第二，通过静电作用将磁性纳米粒子与半导体量子点结合。

经对现有专利进行检索发现，高明远等(中国专利公开号为CN 1948383A)在乳液体系中将磁性晶体材料、荧光半导体材料和基体材料合成为一种磁性荧光复合材料。此发明选用的荧光半导体材料为CdTe、CdSe、InP、InAs、CdSe/CdS、CdSe/ZnS、CdSe/ZnSe、CdTe/ZnS、CdHgTe/ZnS、HgTe/HgCdS中的一种或者几种的混合。由于Cd类量子点的生物毒性问题，大大限制了其在生物医学方面的应用。而且，在基体制备过程中，回流时间需要48h，造成整体实验周期较长。邓勇辉等(中国专利公开号CN 1215902C)通过正硅酸烷基酯与键合荧光素的硅烷偶联剂共缩聚的方法制备具有磁性的二氧化硅荧光微球。此发明选用的荧光物质为有机荧光分子，这类荧光材料与大多数有机荧光染料一样，量子产率较低，对检测系统光学部分要求比较严格；较窄的激发波长范围对选择激发光源要求苛刻；发射波长范围较宽且常在长波长区域拖尾，会在不同的检测通道之间带来光谱的相互干扰；激发波长和发射波长较大程度的重叠，在检测发射光时会受激发光的影响，给检测带来了困难。这样就对应用时的所需环境与设备提出高技术要求。贺蓉等(中国专利公开号CN 1831079A)将磁性纳米粒子与半导体量子点通过静电相互作用相结合，通过调节反应液的pH值促进其结合，得到荧光磁性多功能纳米材料。此发明制备量子点为Cd类量子点且制备过程中回流时间为1-24小时，在荧光磁性多功能纳米材料制备时也需要反应24小时，整体实验周期长；磁性纳米颗粒与荧光量子点的连接是通过静电相互作用结合起来的，这种静电相互作用的连接稳定性是值得怀疑的。

总结制备荧光磁性复合纳米微粒所选用的量子点，目前常用的是Cd类量子点，但这些量子点由于生物毒性问题限制了其在生命医学方面的广泛应用。基于此，本发明选用的量子点为低毒甚至无毒的Zn类量子点，如ZnS、ZnSe、ZnSe/ZnS、ZnSe:Cu、ZnSe:Mn中的一种或组合。

本发明首先采用溶剂热法制备出磁性纳米颗粒，之后用正硅酸乙酯在碱性条件下的水解在磁性纳米微粒表面包覆SiO₂层，并用硅烷偶联剂改性使其表面连接-NH₂。同时采用化学共沉淀法以巯基乙酸(TGA)为稳定剂、在水溶液中采用化学共沉淀法合成Zn类量子点。随后，用1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙氧碳二亚胺盐酸盐(EDC)等连接剂将磁性纳米粒子和量子点通过氨基与羧基形成的化学键连接起来得到具有荧光磁性双功能的复合纳米微粒。通过缩合反应形成化学键将磁性纳米颗粒和量子点连接起来得到荧光磁性复合纳米微粒。合成过程思路如图1。