[发明专利]一种发光探针及时间分辨荧光检测系统

说明书

本发明属于发光探针技术领域，公开了一种适用于时间分辨的发光探针及其配套的时间分辨荧光检测系统。本发明所提供的发光探针为粒径不大于200nm的纳米颗粒，所述纳米颗粒包含稀土基质、主要掺杂元素以及可选的其他掺杂元素，所述主要掺杂元素选自Yb、Er、Tm、Nd、Ho中的一种或多种；所述其他掺杂元素选自Sc、Y、La、Ce、Pr、Sm、Eu、Gd、Dy、Lu中的一种或多种。该种发光探针及荧光检测技术利用稀土材料独特的能级结构，通过合适波段的短脉冲激光激发探针的某一能级后，收集该能级和激发光同波段的发光，从而可实现对标记材料的生物分子、细胞、组织或者活体样本的高信噪比、高灵敏度检测和成像。

技术领域

本发明属于发光探针技术领域，特别涉及一种适用于时间分辨的发光探针及其配套的时间分辨荧光检测系统。

背景技术

荧光检测技术是一种以荧光探针的荧光性质变化为检测信号的可视化技术，具有操作简单、分辨率高、造价低廉、可连续实时监测等优势。利用发光探针标记的方法，可以实现细胞、生物组织、乃至动物活体内分析目标的信号动态检测，达到定性，定量和定位分析的目的。目前，荧光检测技术已经成为生物和医学基础研究领域中非常重要的研究方法。

时间分辨荧光技术作为一种新兴的荧光探测手段，相对于稳态荧光技术有高分辨、低背景的优势。时间分辨荧光技术可以控制激发光以脉冲的形式激发荧光探针，并且选择性只接收延迟荧光的时间区域，就可以完全滤除激发光的信号，解决激发光干扰的问题；同时，短寿命的自发荧光也会因为时间门控的存在而被滤除，从而在原理上就可以获得更高分辨、更高灵敏度的荧光信号。目前，在时间分辨荧光生物成像和检测领域已经有多种较长寿命的稀土荧光探针获得了较多的研究。

然而，发明人发现，尽管这些材料在检测和成像方面得到了应用，但是仍有相当大的局限性，大部分原因在于材料的能量转换效率低、荧光强度弱、生物相容性差等问题。因此，在应用于检测和成像领域时，需要设计一种特别适合于时间分辨体系的发光探针，该类探针需要有较高的能量转换效率，符合荧光寿命的要求(微秒量级及以上)、尺寸小(纳米量级)，并且在亲水的溶剂相内均匀分散。

发明内容

本发明的目的在于提供一种同一波段激发、发射的，仅适用于时间门条件的高灵敏发光探针及时间分辨荧光检测技术方案。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式所提供的发光探针为粒径不大于200nm的纳米颗粒，所述纳米颗粒包含稀土基质、主要掺杂元素以及可选的其他掺杂元素，所述主要掺杂元素选自Yb、Er、Tm、Nd、Ho中的一种或多种；所述其他掺杂元素选自Sc、Y、La、Ce、Pr、Sm、Eu、Gd、Dy、Lu中的一种或多种。

申请人发现，由于某些稀土离子独特的4f电子的能级结构，使得稀土离子的能量吸收和受激发射在同一电子态能级发生，该类过程理论上不存在除了吸收和发射以外的能量损失，具有极高的能量转换效率。例如，仅具有两个电子态能级的Yb³⁺离子，在975nm左右具有吸收峰，使用该波长的半导体激光器进行脉冲激发，随后使用时间门控关闭激发光，收集荧光，发射峰也在975nm处。其余如Er³⁺离子在1550nm、975nm左右，Tm³⁺离子在800、1208nm、1670nm左右，Nd³⁺离子在730nm、808nm、860nm左右，Ho³⁺离子在550nm左右等等，它们都在该波长处具有较大的吸收截面和合适的激发态寿命，可以在吸收光子后直接发出同能级的荧光，特异性地用于时间分辨的高灵敏发光检测和成像。

因此，本发明所提供的发光探针及荧光检测技术利用稀土材料独特的能级结构，通过合适波段的短脉冲激光激发探针的某一能级后，收集该能级和激发光同波段的发光，从而可实现对标记材料的生物分子、细胞、组织或者活体样本的高信噪比、高灵敏度检测和成像。