一種水溶性上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種水溶性上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的制備方法，該制備方法包括如下步驟：（1）配制稀土硝酸鹽溶液，稀土離子摩爾比為釔離子：鐿離子：鉺離子為（60～90）：（5～35）：（0.5～10）；（2）加入低級(jí)醇和水溶性稀土離子配體混勻，再加入氟化鈉水溶液，得到混合液體，該混合液體中，所述氟離子與總的稀土離子的摩爾比為（5～16）:1；所述脂肪醇的體積占所述混合液體體積的1/3～1/2；（3）將所得混合液體于200～240℃水熱反應(yīng)10～24h，反應(yīng)結(jié)束后，離心分離固體產(chǎn)物得到上轉(zhuǎn)換熒光納米材料。本發(fā)明所制備的上轉(zhuǎn)換熒光納米材料以六方晶相為主體，其上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度較高，水溶性較好，適于生物學(xué)標(biāo)記。
【專利說明】一種水溶性上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米熒光材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種水溶性上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]上轉(zhuǎn)換熒光納米材料是一種近紅外激發(fā)、可見光發(fā)射的熒光納米材料，具有組織穿透深度大、對(duì)生物活體無光損傷、可避免生物體本體熒光、抗光漂白、安全無毒等優(yōu)點(diǎn)，它作為一種生物標(biāo)記熒光材料受到人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注。上轉(zhuǎn)換熒光納米材料應(yīng)用于生物分析的前提是材料的上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度高、尺寸形貌可控、水溶性好且可與生物分子偶聯(lián)。
[0003]上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的晶相主要有立方晶相和六方晶相兩種，其中六方晶相的發(fā)光效率比立方晶相高，大約是立方晶相的10倍。因此，以六方晶相為主體的上轉(zhuǎn)換熒光納米材料，更適宜用于生物醫(yī)學(xué)分析。
[0004]現(xiàn)有方法所制備的六方晶相上轉(zhuǎn)換熒光納米材料都是油溶性的，要用于生物標(biāo)記就要用配體交換、配體氧化、層層組裝和表面硅烷化的方法將油溶性的上轉(zhuǎn)換熒光納米材料轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄缘模摲椒ǖ那疤幚聿僮鲝?fù)雜，且水溶性不易控制；而水溶性的上轉(zhuǎn)換熒光納米材料多為立方晶相或者是六方晶相所占比例很小的混合晶相，上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度不高，且尺寸較大，不適宜用于生物分析。目前水溶性上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的制備方法中存在的晶體的晶相、尺寸和水溶性無法兼顧的問題在很大程度上影響其作為生物標(biāo)記材料的應(yīng)用。因此，提供一種以六方晶相為主的，同時(shí)兼顧晶體尺寸和水溶性問題的上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的制備方法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種以六方晶相為主體的水溶性上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的制備方法。
[0006]一種水溶性上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的制備方法，包括如下步驟:
[0007](I)配制稀土硝酸鹽溶液，所述稀土硝酸鹽溶液中，稀土離子摩爾比為釔離子:鐿離子:鉺離子為(60~90): (5~35): (0.5~10);
[0008](2)向步驟(I)所得稀土硝酸鹽溶液中加入低級(jí)醇、及水溶性稀土離子配體水溶液，混勻；
[0009](3)向步驟(2)所得溶液中加入氟化鈉水溶液，得到均勻的混合液體；所得混合液體中，所述氟離子與總的稀土離子摩爾比為(5~16):1，所述低級(jí)醇的體積占所述混合液體的體積的1/3~1/2 ;
[0010](4)將步驟(3)所得混合液體于200~240°C水熱反應(yīng)10~24小時(shí)；
[0011](5)冷卻至室溫后，分離純化固體產(chǎn)物，得到上轉(zhuǎn)換熒光納米材料。
[0012]上述方案中，步驟(I)所述配置稀土硝酸鹽溶液的具體過程為:按稀土離子摩爾比為釔元素:鐿元素:鉺元素為(60~90):(5~35):(0.5~10) 的配比稱取氧化釔、氧化鐿和氧化鉺，向其中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65~68%的濃硝酸，加熱攪拌，形成無色透明的稀土硝酸鹽溶液，升高反應(yīng)溫度，繼續(xù)攪拌，蒸干水分和硝酸，獲得稀土硝酸鹽粉末，用水溶解稀土硝酸鹽粉末即得稀土硝酸鹽溶液。
[0013]上述方案中，步驟(2)所述稀土硝酸鹽與水溶性稀土離子配體的質(zhì)量比為
0.162 ~1.01:1。
[0014]上述方案中，所述水溶性稀土離子配體為聚丙烯酸、氨基乙基膦酸、或聚乙烯亞胺。
[0015]上述方案中，所述低級(jí)醇為乙醇、正丙醇或正丁醇。
[0016]上述方案中，步驟(5)所述分離純化為常規(guī)分離純化步驟，包括離心、用無水乙醇和超純水洗滌固體產(chǎn)物、室溫下真空干燥。
[0017]本發(fā)明中，通過水溶性稀土離子配體(聚丙烯酸、氨基乙基膦酸、或聚乙烯亞胺)與稀土離子螯合，合成得到的上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的表面帶有大量的羧基或氨基，從而使其具備良好的水溶性，并可直接與生物分子偶聯(lián)。
[0018]本發(fā)明中，通過改變低級(jí)醇在混合溶液中所占的體積比來控制產(chǎn)物的晶相和尺寸，隨著低級(jí)醇所占比例的增加，晶體由立方相向六方相轉(zhuǎn)變所需的臨界F_和Ln3+的摩爾比降低，在相同的F_/Ln3+摩爾比和相同的反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度下，隨著低級(jí)醇含量的增加，產(chǎn)物中六方晶相的比例逐漸增加，產(chǎn)物的晶體尺寸逐漸減小。使用本發(fā)明所述方法制備的上轉(zhuǎn)換熒光納米材料中，六方晶相所占比例為70%以上。
[0019]本發(fā)明的有益效果:
[0020](I)本發(fā)明所制備的上轉(zhuǎn)換熒光納米材料中，六方晶相所占比例較大(占70%以上)，上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度較高；
[0021](2)本發(fā)明所制備熒光納米材料尺寸在IOOnm以下，且尺寸分布均勻，適用于生物分析；
[0022](3)本發(fā)明所制備熒光納米材料表面帶有大量的羧基或氨基，具有良好的水溶性，可直接與生物分子偶聯(lián)，方便標(biāo)記；
[0023](4)本發(fā)明所述制備方法反應(yīng)條件溫和，操作簡(jiǎn)單，反應(yīng)過程安全無毒，且可進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)，適于大批量生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為實(shí)施例1制備得到的上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的X射線衍射譜圖(A)和透射電鏡圖(B)。
[0025]圖2為實(shí)施例2制備得到的上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的X射線衍射譜圖(A)和透射電鏡圖(B)。
[0026]圖3為實(shí)施例3制備得到的上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的X射線衍射譜圖(A)和透射電鏡圖(B)；
[0027]圖4為實(shí)施例4制備得到的上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的X射線衍射譜圖(A)和透射電鏡圖(B)；
[0028]圖5為實(shí)施例5制備得到的上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的X射線衍射譜圖(A)和透射電鏡圖(B)；[0029]圖6為實(shí)施例6制備得到的上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的X射線衍射譜圖(A)和透射電鏡圖(B)；
[0030]圖7為實(shí)施例7制備得到的上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的X射線衍射譜圖(A)和透射電鏡圖(B)；
[0031]圖8為實(shí)施例8制備得到的上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的X射線衍射譜圖(A)和透射電鏡圖(B)。
【具體實(shí)施方式】
[0032]為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖、實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)例。
[0033]以下實(shí)施例中所用的聚丙烯酸、氨基乙基膦酸和聚乙烯亞胺均為市售試劑。
[0034]以下實(shí)施例中所述稀土硝酸鹽溶液按如下方法制備:按照稀土硝酸鹽中稀土離子摩爾比為釔離子:鐿離子:鉺離子為(60~90): (5~35): (0.5~10)稱取0.4238~
0.6356g氧化釔、0.0616~0.4317g氧化鐿和0.0060~0.1200g氧化鉺，向其中加入4~8ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65~68%的濃硝酸,將混合溶液加熱到65°C,攪拌4~12h,形成無色透明的稀土硝酸鹽溶液，將反應(yīng)溫度升高到140°C，繼續(xù)攪拌6~18h，蒸干水分和硝酸，得到稀土硝酸鹽粉末，用25ml超純水溶解稀土硝酸鹽粉末，配成0.25mol/L的稀土硝酸鹽溶液，過濾后備用。
[0035]實(shí)施例1
[0036]取稀土硝酸鹽溶 液(稀 土硝酸鹽的質(zhì)量為0.1458g，各稀土離子摩爾比為釔離子:鐿離子:鉺離子=80:18:2)2ml,向其中加入12ml無水乙醇，再加入含0.9000g聚丙烯酸(稀土硝酸鹽與聚丙烯酸的質(zhì)量比為0.162:1)的水溶液14ml，攪拌IOmin ;然后加入含0.2100g氟化鈉(F7Ln3+摩爾比為10: I)的水溶液8ml,攪拌20min后,置于高壓反應(yīng)爸中，在攪拌條件下于200°C反應(yīng)IOh ;停止加熱并保持?jǐn)嚢枥鋮s至室溫，離心分離出固體產(chǎn)物，用無水乙醇和超純水各洗3次，室溫下真空干燥12h得到固體上轉(zhuǎn)換熒光材料，其X射線衍射譜圖(XRD)和透射電鏡圖(TEM)分別如圖1所示；圖1A的X射線衍射圖譜表明，該材料為立方晶相和六方晶相的混合晶相，通過計(jì)算立方晶相和六方晶相的峰面積可得，六方晶相在混合晶相中所占的比例約為75% ;由圖1B的透射電鏡圖可知，該材料的粒徑約為30nm，粒徑分布均勻。
[0037]實(shí)施例2
[0038]取稀土硝酸鹽溶液(稀土硝酸鹽的質(zhì)量為0.1458g，各稀土離子摩爾比為釔離子:鐿離子:鉺離子=80:18:2)2ml,向其中加入18ml無水乙醇，再加入含0.9000g聚丙烯酸(稀土硝酸鹽與聚丙烯酸的質(zhì)量比為0.162:1)的水溶液8ml，攪拌IOmin ;然后加入含0.2100g氟化鈉(F7Ln3+摩爾比為10: I)的水溶液8ml,攪拌20min后,置于高壓反應(yīng)爸中，在攪拌條件下于200°C反應(yīng)IOh ;停止加熱并保持?jǐn)嚢枥鋮s至室溫，離心分離出固體產(chǎn)物，用無水乙醇和超純水各洗3次，室溫下真空干燥12h得到固體上轉(zhuǎn)換熒光材料，其X射線衍射譜圖(XRD)和透射電鏡圖(TEM)分別如圖2所示；圖2A的X射線衍射圖譜表明，該材料為立方晶相和六方晶相的混合晶相，通過計(jì)算立方晶相和六方晶相的峰面積可得，六方晶相在混合晶相中所占的比例約為95% ;由圖2B的透射電鏡圖可知，該材料的粒徑約為25nm。[0039]實(shí)施例3
[0040]取稀土硝酸鹽溶液(稀土硝酸鹽的質(zhì)量為0.1458g，各稀土離子摩爾比為釔離子:鐿離子:鉺離子=80:18:2) 2ml,向其中加入18ml無水乙醇，再加入含0.3400g聚乙烯亞胺(稀土硝酸鹽與聚乙烯亞胺的質(zhì)量比為0.429:1)的水溶液8ml，攪拌IOmin ;然后加入含
0.1260g氟化鈉(F7Ln3+摩爾比為6: I)的水溶液8ml,攪拌20min后,置于高壓反應(yīng)爸中，在攪拌條件下于240°C水熱反應(yīng)IOh ;停止加熱并保持?jǐn)嚢枥鋮s至室溫，離心分離出固體產(chǎn)物，用無水乙醇和超純水各洗3次，室溫下真空干燥12h得到固體上轉(zhuǎn)換熒光材料，其X射線衍射譜圖(XRD)和透射電鏡圖(TEM)如圖3所示；圖3A的X射線衍射譜圖表明，該材料為純六方晶相；由圖3B的透射電鏡圖可知，該材料粒徑約為40nm，分布均勻。
[0041]實(shí)施例4
[0042]取稀土硝酸鹽溶液(稀土硝酸鹽的質(zhì)量為0.1458g，各稀土離子摩爾比為釔離子:鐿離子:鉺離子=80:18:2)2ml,向其中加入16ml無水乙醇，再加入含0.3400g聚乙烯亞胺(稀土硝酸鹽與聚乙烯亞胺的質(zhì)量比為0.429:1)的水溶液10ml，攪拌IOmin ;然后加入含
0.1260g氟化鈉(F7Ln3+摩爾比為6: I)的水溶液8ml,攪拌20min后,置于高壓反應(yīng)爸中，在攪拌條件下于200°C水熱反應(yīng)24h ;停止加熱并保持?jǐn)嚢枥鋮s至室溫，離心分離出固體產(chǎn)物，用無水乙醇和超純水各洗3次，室溫下真空干燥12h得到固體上轉(zhuǎn)換熒光材料，其X射線衍射譜圖(XRD)和透射電鏡圖(TEM)如圖4所示；圖4A的X射線衍射譜圖表明，該材料為六方晶相占主體的混合晶相，通過計(jì)算立方晶相和六方晶相的峰面積可得，六方晶相在混合晶相中所占的比例約為90% ;由圖4B的透射電鏡圖可知，該材料的粒徑在30-60nm之間，粒徑分布均勻。
[0043]實(shí)施例5
[0044]取稀土硝酸鹽溶液(稀土硝酸鹽的質(zhì)量為0.1456g，各稀土離子摩爾比為釔離子:鐿離子:鉺離子=80:10:10) 2ml,向其中加入12ml無水乙醇，再加入含0.9000g聚丙烯酸(稀土硝酸鹽與聚丙烯酸的質(zhì)量比為0.162:1)的水溶液14ml，攪拌IOmin ;然后加入含
0.3360g氟化鈉(F_/Ln3+摩爾比為16: I)的水溶液8ml，攪拌20min后，置于高壓反應(yīng)釜中，在攪拌條件下于200°C水熱反應(yīng)18h ;停止加熱并保持?jǐn)嚢枥鋮s至室溫，離心分離出固體產(chǎn)物，用無水乙醇和超純水各洗3次，室溫下真空干燥12h得到固體上轉(zhuǎn)換熒光材料，其X射線衍射譜圖(XRD)如圖5所示；圖5A的X射線衍射圖譜表明，該材料為六方晶相占主體的混合晶相，通過計(jì)算立方晶相和六方晶相的峰面積可得，六方晶相在混合晶相中所占的比例約為70% ;由圖5B的透射電鏡圖可知，該材料粒徑約為60nm左右。
[0045]實(shí)施例 6
[0046]取稀土硝酸鹽溶液(稀土硝酸鹽的質(zhì)量為0.1542g，各稀土離子摩爾比為釔離子:鐿離子:鉺離子=60:35:5) 2ml,向其中加入18ml正丙醇，再加入含0.9000g聚丙烯酸(稀土硝酸鹽與聚丙烯酸的質(zhì)量比為0.171:1)的水溶液8ml，攪拌IOmin ;然后加入含0.2100g氟化鈉(F7Ln3+摩爾比為10: I)的水溶液8ml,攪拌20min后,置于高壓反應(yīng)爸中，在攪拌條件下于200°C反應(yīng)IOh ;停止加熱并保持?jǐn)嚢枥鋮s至室溫，離心分離出固體產(chǎn)物，用無水乙醇和超純水各洗2次，室溫下真空干燥12h得到固體上轉(zhuǎn)換熒光材料，其X射線衍射譜圖(XRD)和透射電鏡圖(TEM)如圖6所示；圖6A的X射線衍射譜圖表明，該材料是立方晶相與TK方晶相的混合晶相，通過計(jì)算立方晶相和TK方晶相的峰面積可得，TK方晶相在混合晶相中所占的比例約為85% ;由圖6B的透射電鏡圖可知，該材料粒徑在50nm左右且粒徑分布均勻。
[0047]實(shí)施例7
[0048]取稀土硝酸鹽溶液(稀土硝酸鹽的質(zhì)量為0.1416g，各稀土離子摩爾比為釔離子:鐿離子:鉺離子=90:5:5) 2ml,向其中加入18ml無水乙醇，再加入含0.1400g氨基乙基膦酸(稀土硝酸鹽與氨基乙基膦酸的質(zhì)量比為1.01:1)的水溶液8ml，攪拌IOmin ;然后加入含0.1170g氟化鈉(F_/Ln3+摩爾比為5: I)的水溶液8ml，攪拌20min后，置于高壓反應(yīng)釜中，在攪拌條件下于220°C反應(yīng)12h;停止加熱并保持?jǐn)嚢枥鋮s至室溫，離心分離出固體產(chǎn)物，用無水乙醇和超純水交替洗5次，室溫下真空干燥12h得到固體上轉(zhuǎn)換熒光材料其X射線衍射譜圖(XRD)和透射電鏡圖(TEM)如圖7所示；圖7A的X射線衍射譜圖表明，該材料是立方晶相與六方晶相的混合晶相，通過計(jì)算立方晶相和六方晶相的峰面積可得，六方晶相在混合晶相中所占的比例約為75% ;由圖7B的透射電鏡圖可知，該材料粒徑約為40nm、粒徑分布均勻。
[0049]實(shí)施例8
[0050]取稀土硝酸鹽溶液(稀土硝酸鹽的質(zhì)量為0.1417g，各稀土離子摩爾比為釔離子:鐿離子:鉺離子=90:9.5:0.5) 2ml,向其中加入18ml正丁醇，再加入含0.3400g聚乙烯亞胺(稀土硝酸鹽與聚乙烯亞胺的質(zhì)量比為0.417:1)的水溶液8ml，攪拌IOmin ;然后加入含
0.1260g氟化鈉(F7Ln3+摩爾比為6: I)的水溶液8ml,攪拌20min后,置于高壓反應(yīng)爸中，在攪拌條件下于200°C反應(yīng)IOh ;停止加熱并保持?jǐn)嚢枥鋮s至室溫，離心分離出固體產(chǎn)物，用無水乙醇和超純水各洗3次，室溫下真空干燥12h得到固體上轉(zhuǎn)換熒光材料，其X射線衍射譜圖(XRD)和透射電鏡圖( TEM)如圖8所示；圖8A的X射線衍射譜圖表明，該材料的晶相為立方晶相和六方晶相的混合晶相，通過計(jì)算立方晶相和六方晶相的峰面積可得，六方晶相在混合晶相中所占的比例約為80% ;由圖8B的透射電鏡圖可知，該材料粒徑約為60nm且分布較為均勻。
[0051]顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明所作的實(shí)例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限制。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而因此所引申的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種水溶性上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟: (1)配制稀土硝酸鹽溶液，所述稀土硝酸鹽溶液中，稀土離子摩爾比為釔離子:鐿離子:鉺離子為(60~90): (5~35):(0.5~10)； (2)向步驟(I)所得稀土硝酸鹽溶液中加入低級(jí)醇、及水溶性稀土離子配體水溶液，混勻； (3)向步驟(2)所得溶液中加入氟化鈉水溶液，得到均勻的混合液體；所得混合液體中，所述氟離子與總的稀土離子摩爾比為(5~16):1，所述低級(jí)醇的體積占所述混合液體的體積的1/3~1/2 ; (4)將步驟(3)所得混合液體于200~240°C水熱反應(yīng)10~24小時(shí)； (5)冷卻至室溫后，分離純化固體產(chǎn)物，得到上轉(zhuǎn)換熒光納米材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(I)所述配制稀土硝酸鹽溶液的具體過程為:按稀土元素摩爾比為釔元素:鐿元素:鉺元素為(60~90): (5~35): (0.5~10)的配比稱取氧化釔、氧化鐿和氧化鉺，向其中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65~68%的濃硝酸，加熱攪拌，形成無色透明的稀土硝酸鹽溶液，升高反應(yīng)溫度，繼續(xù)攪拌，蒸干水分和硝酸，得到稀土硝酸鹽粉末，再用水溶 解稀土硝酸鹽粉末即得到稀土硝酸鹽溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述稀土硝酸鹽與水溶性稀土離子配體的質(zhì)量比為0.162~1.01:1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的制備方法，其特征在于，所述水溶性稀土離子配體為聚丙烯酸、氨基乙基膦酸、或聚乙烯亞胺。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述低級(jí)醇為乙醇、正丙醇或正丁醇。
【文檔編號(hào)】C30B29/60GK103468266SQ201310429940
【公開日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】劉志洪, 楊利, 何夢(mèng)媛, 吳正俊, 湯志愷, 王宇輝 申請(qǐng)人:廣州陽普醫(yī)療科技股份有限公司