[发明专利]一种具有上转换荧光标记的纳米磷灰石及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有上转换荧光标记的纳米磷灰石及其制备方法，属于生物医学材料和光功能材料技术领域。

背景技术

现有的生物荧光探针大多数采用紫外光作为激发光源，探针在激发光作用下发射出可见发光。由于生物体内由于蛋白质以及其他一些可发光物质的存在，在紫外光激发下也能发生出可见发光，会对探针发出的信号光产生一定的干扰。而稀土离子上转换发光是指通过波长较长的近红外激光激发得到可见发光的发光现象。目前上转换发光通过近红外激光激发可以得到覆盖红绿蓝所有可见光波长范围都获得了连续室温运转、较高效率和较高输出功率的上转换激光输出，已作为红外防伪材料、荧光制冷材料、上转换激光器及三维显示等材料得到了广泛的研究。生物体对600～1100纳米波段的近红外光吸收较小，而且近红外光由于波长较长，光子能量低于可见光子，因此不会激发生物体内的发光物质产生可见发光。因此近红外光激发的上转换荧光材料在原理上可以作为生物荧光标记材料。

然而在稀土离子上转换材料中，Er³⁺、Ho³⁺、Pr³⁺、Tm³⁺、Sm³⁺与Tb³⁺等离子常被作为发光材料的激活剂，但是由于其对激发能量吸收的强度不高，因而发光强度以及效率都不高。而Yb³⁺的能级结构特殊，对980纳米左右波段的光吸收效率较高，因此常作为敏化剂，它的引入可以通过能量转换传递增强共掺杂的Er³⁺、Ho³⁺、Tm³⁺等离子的上转化发光。

磷灰石是人和动物的骨骼和牙齿的主要无机成分，具有良好的生物相容性、生物活性以及化学稳定性，目前已广泛应用于生物材料领域，主要作为骨修复和替换材料。此外，羟基磷灰石具有化学稳定性和高晶格弹性，因此其作为发光材料的基质有广泛的应用前景，近年来有一些磷灰石发光材料的报道，证实磷灰石是一种良好的发光及激光材料基质（相关文献：Luminescent Materials，Springer，Berlin，Heidelberg，1994；Adv. Funct.Mater.，2003，13：511–518；Opt. Mater.，2004，26：385–390）。另外稀土离子如铽和铕离子掺杂的纳米磷灰石在紫外光激发下可以产生绿色和红色的发光，可以作为荧光标记材料。

发明内容

本发明的目的在于克服现有材料和技术因生物体内蛋白质以及其他可发光物质对探针信号光的干扰，提供一种生物相容性好、化学稳定性好、发光性能优异，对设备要求低、工艺简便的一种具有上转换荧光标记的纳米磷灰石及其制备方法，通过下列技术方案实现。

本发明的一个目的在于提供一种具有上转换荧光标记的纳米磷灰石，包括化学组成式为Ca_1-x-yYb_xR_Ey(PO₄)_0.6(OH)_0.2的组分，其中，x=0.001～0.05，y=0.001～0.1；R_E为Er、Ho、Pr、Tm、Sm、Tb中的任意一种或者几种。

本发明的另一目的在于提供一种具有上转换荧光标记的纳米磷灰石的制备方法，包括以下各步骤：

A．按Yb离子、R_E离子与Ca离子的摩尔比为0.001～0.05︰0.001～0.1︰0.85～0.998，取Yb(NO₃)₃、R_E(NO₃)₃和浓度为0.01～3mol/L的含钙溶液，将Yb(NO₃)₃和R_E(NO₃)₃溶于含钙溶液中，得溶液Ⅰ；

B．配制浓度为0.062～3.53mol/L的磷酸盐溶液或磷酸溶液；

C．按Yb离子、R_E离子、Ca离子与磷酸离子的摩尔比为0.001～0.05︰0.001～0.1︰0.85～0.998︰0.6，取步骤A所得溶液Ⅰ和步骤B所得磷酸盐溶液或磷酸溶液，将所取溶液Ⅰ与磷酸盐溶液或磷酸溶液，在20～500w超声处理下进行混合，同时加入碱溶液调节pH值为10～12，形成纳米磷灰石溶胶的悬浮体系Ⅱ；