[发明专利]一种用于磁光双模生物标记的稀土掺杂氟化钆钾纳米材料及其制备方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及磁光双模生物标记材料及其制备方法，尤其是涉及稀土掺杂氟化钆钾纳米材料的制备及其在磁光双模生物标记领域的应用。

 

背景技术

多模生物检测，由于其能够同时实现光、核、磁、超声等多种模式的成像检测，而受到了科学界和社会越来越广泛的关注，而其中磁光双模生物标记尤为引人注目。这是由于能够提供检测手段中最高的检测灵敏度的光检测容易受到探测深度的限制，磁共振成像虽能够进行三维检测，却因为较低的探测灵敏度和分辨率而限制了其广泛应用。因此能够将磁光两种检测模式集中在一起的磁光双模生物标记，就可以实现高分辨率、高灵敏度、和生物活体的体内检测。当前的磁光双模标记材料大多是通过超顺磁的氧化铁纳米颗粒与有机染料或量子点的结合来制备得到的。然而这种杂化材料在生物标记领域的应用却面临许多困难，如超顺磁氧化铁纳米颗粒对正常细胞组织的磁诱导效应不利于其在生物体内的磁共振成像检测；有机染料的光漂白、发射峰宽、光色度不纯等弱点导致其探测信号的不稳定；量子点毒性较大,制备成本较高，不适宜用作生物体内成像标记材料。此外，将两种不同的颗粒结合在一起，往往会破坏它们各自的光学和磁学特性，而且必然会使颗粒尺寸增大，从而导致应用效果大打折扣。（Kim, J. et al. “Multifunctional Uniform Nanoparticles Composed of a Magnetite Nanocrystal Core and a Mesoporous Silica Shell for Magnetic Resonance and Fluorescence Imaging and for Drug Delivery” Angewandte Chemie-International Edition Vol.47, 8438-8441, 2008；Huh, Y. M. et al. “In vivo magnetic resonance detection of cancer by using multifunctional magnetic nanocrystals” Journal of the American Chemical Society Vol.127, 12387-12391, 2005）。稀土掺杂的含钆纳米材料，由于其优良的发光和磁学性能，而被广泛认为是新一代最佳的磁光双模生物标记材料。稀土掺杂的纳米晶的荧光发射峰较窄、色度纯、寿命长、光稳定，比较适合作为生物荧光标记材料。钆离子由于其4f电子层含有七个单电子，被认为是元素周期表中最佳的T₁磁共振成像造影剂的金属离子。更为重要的是，由于发光的稀土离子和提供磁诱导效应的钆离子来自于同一个纳米颗粒，因此该方法可以避免复杂的合成程序和颗粒尺寸变大。氟化物，特别是AREF₄（A=碱金属, RE=稀土离子）结构的氟化物，由于其声子能量较低并能够实现其他稀土离子的高浓度掺杂，所以被广泛用作稀土离子掺杂的基质。本发明通过在氟化钆钾纳米材料中掺杂不同的稀土离子可以实现其多色发光。同时利用纳米颗粒表面的氨基可以与生物分子进行连接而应用于生物标记。而利用基质中含有的钆离子，该纳米颗粒可以进行T₁磁共振成像标记。

 

发明内容

本发明提出一种用于磁光双模标记的稀土掺杂氟化钆钾纳米材料的制备方法。

本发明制备的稀土掺杂氟化钆钾纳米材料的组分为：xLn³⁺－(1-x) KGdF₄（Ln=Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb; x=0-60 mol％）。

本发明采用如下制备工艺：将稀土氯化盐、氯化钆、氯化钾和聚丙烯亚胺完全溶解在蒸馏水、乙醇和乙二醇中;另将适量氟化铵溶解在蒸馏水和乙醇中并滴加到上述溶液,然后在50-230℃下水热处理。沉淀经过分离、洗涤、干燥后可得到表面氨基化的KGdF₄:Ln纳米晶粉末。

所述的稀土掺杂氟化钆钾纳米材料的表征：通过X射线粉末衍射（XRD）实验检测表明制备出的氟化钆钾纳米晶为纯立方相结构。透射电镜（TEM）测试显示得到的是25纳米左右的均匀分散纳米颗粒；高分辨透射电镜（HRTEM）照片可以清楚的观察到均匀连续的晶格条纹，表明纳米颗粒结晶较好。另外，在纳米晶中，可以通过掺杂不同的稀土离子实现所需要的特定荧光发射。

选用据丙烯亚胺为表面活性剂，既可控制纳米晶大小，又可实现其表面的氨基功能化。