[发明专利]一种单分散多色发光微球及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种单分散多色发光微球的制备方法，包括：提供一上转换光敏剂、一与所述上转换光敏剂匹配的上转换湮灭剂，以及一与所述上转换湮灭剂能级匹配的亲水性荧光染料；在所述上转换光敏剂、上转换湮灭剂、亲水性荧光染料存在的条件下，将亲水性聚合单体与疏水性聚合单体于水中发生乳液聚合反应形成微球乳液；其中，所述亲水性聚合单体为丙烯酸，所述疏水性聚合单体为苯乙烯和/或甲基丙烯酸甲酯。本发明还公开了由所述方法制备的单分散多色发光微球及其应用。本发明的方法能够一步法简便、快速地制备的发光微球，且制备的发光微球具有上转换发光特性，且具备多波长荧光发射并且能够对外界环境响应。

技术领域

本发明涉及有机光功能材料技术领域，具体涉及一种单分散多色发光微球及其制备方法与应用。

背景技术

发光微球，是指以尺寸从几个纳米到几百个微米的球形粒子(成分多为聚合物或二氧化硅)为载体，通过掺杂荧光染料等发光材料，从而具备光致发光现象的微球。通过微球的负载，使原本水溶性差或者具有一定生物毒性的分子能够借助微球分散于水并且具备生物相容性，从而可以应用于生物医药领域。

生物成像是利用光学或电子显微镜获取生物细胞和组织的微观结构图像的方法。目前，生物成像主要采用传统荧光，其采用高频率的短波作为激发光(一般为紫外光)，发射出低频率的长波。发光微球由于具有良好的生物相容性和受激发光的特性，在生物成像领域具有良好的应用前景。

Bao等人通过普通乳液聚合法制备了具有双荧光发射特性的核壳结构聚合物微球(J.Mater.Chem.C,2013,1,3802–3807)。通过将三种聚合物单体苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸，以及两种有机发光染料分子苝和荧光素邻丙烯酸分散于水中，通过乳液聚合形成微球。由于亲疏水性的差异，导致微球从内而外分为三层结构，内核是疏水性最强的聚苯乙烯，外壳是亲水性最强的聚丙烯酸，聚甲基丙烯酸甲酯作为过渡层处于二者之间，亲油的苝掺杂在主要成为为聚苯乙烯的内核，荧光素邻丙烯酸则掺杂在主要成分为聚丙烯酸的外壳。由于苝的发射波段与荧光素邻丙烯酸的吸收波段重合，当二者的距离在10nm内时会发生荧光共振能量转移(FRET)过程。在紫外激发光源的辐照下，苝会被激发发射蓝色荧光；并且激发态的苝还会把一部分能量传递给荧光素邻丙烯酸，使其发射绿光(紫外光无法直接激发荧光素邻丙烯酸)。这样，该微球就同时具有了蓝色和绿色的双荧光发射性能。这种微球的制备方法简单，通过一步乳液聚合反应就能够实现；并且由于荧光素邻丙烯酸具有一定的pH响应性，使得该微球整体对外界环境具有响应性，可以应用于生物成像法检测生物体内pH环境。

但是采用传统荧光进行生物成像存在诸多缺陷：生物组织在紫外光下会发出自发荧光，会对成像分子的信号形成干扰；短波激发光的穿透性差，且对生物组织有伤害等。

上转换是一种特殊的光致发光现象，能够将低能量(即低频率，长波长)的光子转化为高能量(高频率，短波长)的光子，故称上转换。上转换发光现象目前有多种的机理，其中最受广泛关注的是一种名为三线态-三线态湮灭上转换(TTA-UC)的机制。例如，金属卟啉衍生物和蒽衍生物之间，能够通过三线激发态之间的能量传递过程(TTET)以及三线激发态湮灭过程(TTA)而实现上转换发光，即作为光敏剂的卟啉衍生物吸收激发光，达到单线激发态，之后通过隙间穿越过程转化为三线激发态，之后通过TTET过程，能量被传递给作为湮灭剂的蒽衍生物分子上，即转化为湮灭剂的三线激发态，两个湮灭剂的三线激发态能够湮灭成为一个基态湮灭剂和一个单线激发态湮灭剂，最后单线激发态回到基态，发出荧光。因为通常这一荧光比用于激发光敏剂的激发光波长短，故最终形成长波长激发，短波长发射的现象。

上转换发光相比于传统下转换荧光，在生物成像领域有较大的应用优势，首先长波长的激发光穿透性相对较好，能够穿过生物组织进入体内，更好的实现激发；第二，长波长激发的上转换荧光不会引发自发荧光的问题；第三，采用长波作为激发光，避免了对生物体产生伤害。