一种粒径均匀的荧光微球及其制备方法与流程

本技术属于荧光微球的，具体的，涉及一种粒径均匀的荧光微球及其制备方法。

背景技术：

1、荧光微球或荧光生物微球，是将量子点等荧光材料包裹在微球内部、或者将荧光物质连接固定在微球表面，降低了非特异性吸附，并且在微球表面修饰有羧基、氨基、羟基等基团，使得荧光微球具有水溶性和能够与生物分子连接。荧光材料受到光或者电等激发而发出荧光，借助于不同荧光组分种类、荧光含量的不同，可以形成多个不同发光波段(颜色)，因而可用于不同生物分子的检测，例如，生物标记、疾病诊断、示踪剂、固相芯片、液相芯片、免疫层析、拉曼散射等生物医药领域，具有巨大的应用前景。

2、荧光材料主要包括：有机荧光染料、量子点和金属氧化物。有机荧光染料本身易降解、易被光漂白，制备成荧光微球起到保护作用。但是在高温、强光照射下，容易荧光淬灭，有机荧光染料之间也容易出现相互淬灭；并且，蛋白的自发光也容易有机荧光染料的光谱重叠，导致错误解码。量子点又称半导体纳米晶体，粒径在1-20nm之间。量子点具有量子效率高、光化学稳定性高、不易光解以及宽激发、窄发射、高色纯度、发光颜色可通过控制量子点大小进行调节等优良的光学特性，广泛应用于发光显示器、光伏器件、生物领域。但是，量子点本身具有不耐水和氧的缺点，制备成荧光微球在量子点泄露、荧光猝灭和灵敏度之间很难平衡，并且均存在生产批次稳定性差的技术问题。

3、现有荧光微球的制备方法，若采用壳层致密的无机物包覆荧光材料，壳层原料在水解缩合的过程中会加入和形成对荧光材料造成不良影响的物质，造成荧光淬灭；并且，无机壳层的耐水性较差，容易渗透，而量子点容易受到水和氧的影响。若采用自组装形成微球，微球主要依靠吸附和聚合物缠绕，包覆不紧密，量子点容易泄露，水氧也会对量子点造成影响。同时，现有技术的荧光微球，都存在荧光微球粒径不均匀的问题，在提升荧光微球粒径均匀性方面，多从工艺过程入手，例如，调整体系中溶剂种类、调整体系中成分的占比、调整形成微液滴的超声功率和时长、调整搅拌速率等，但是均起到治标不治本的作用，荧光微球粒径均匀性得到改善，但是依然存在荧光微球粒径不均匀，导致结果的重复性差的问题。并且，荧光微球的粒径不可调或者可以调节的范围很小。此外，荧光微球的制备，也很难同时兼顾荧光材料发光效率、壳层致密性和壳层耐受性。

4、有鉴于此，本技术提供一种粒径均匀的荧光微球及其制备方法，其荧光微球的粒径均匀，且粒径可调；荧光材料发光性能好；包覆壳层的壳耐性(壳层耐受性)好、包覆紧密，荧光材料不易泄露、壳层耐水氧。

技术实现思路

1、本技术的目的在于，提供一种粒径均匀的荧光微球及其制备方法，其荧光微球的粒径均匀，且粒径可调；荧光材料发光性能好；包覆壳层的壳耐性好、包覆紧密，荧光材料不易泄露、壳层耐水氧。

2、本技术的第一方面，提供一种粒径均匀的荧光微球的制备方法，包括步骤：

3、s1，模板物质结合荧光材料，形成内核，所述模板物质为具有空穴的对称性物质；

4、s2，将所述内核进行配体修饰，形成改性内核；

5、s3，将所述改性内核与单体混合，所述改性内核溶于所述单体；单体发生聚合反应，形成有机壳层包覆所述改性内核的荧光微球。

6、在一些实施方式中，在步骤s1中，所述内核包括一个模板物质和多个荧光材料，即一个模板物质结合多个荧光材料。

7、在一些实施方式中，在步骤s1中，加入模板物质与荧光材料的质量比为1:(0.1-5)。优选的，在步骤s1中，加入模板物质与荧光材料的质量比为1:(0.5-2.5)。

8、在一些实施方式中，所述模板物质为刚性模板物质或者非刚性模板物质。所述模板物质通过控制其支链长度来控制所述模板物质的尺寸。

9、进一步的，所述刚性模板物质包括：树枝纤维状二氧化硅、具有孔径的二氧化硅、树枝状二氧化锆、树枝状二氧化钛、交联刚性聚合物中的一种，所述非刚性模板物质包括：树枝状聚合物。

10、在一些实施方式中，所述模板物质为表面修饰的模板物质，模板物质具有与荧光材料连接或者吸附的配位基团。

11、进一步的，所述模板物质上的配位基团的含量为50～300μmol/g。

12、进一步的，所述模板物质具有金属配位基团，所述金属配位基团能够与荧光材料表面进行金属螯合连接。

13、进一步的，金属配位基团包括：含有巯基的基团、含有胺基的基团、含有酰胺基的基团、含有有机膦的基团中的至少一种。

14、在一些实施方式中，所述内核还包括磁性物质，一个模板物质吸附或连接多个荧光材料和多个磁性物质。

15、在一些实施方式中，所述荧光材料包括：荧光纳米颗粒、荧光聚合物和有机荧光物质中的至少一种，所述荧光纳米颗粒包括量子点、金属氧化物纳米粒子、纳米棒或纳米片中的一个或多个。

16、进一步的，所述量子点包含：iib-via族、iiia-va族、iva-via族、iva族、ib-iiia-via族、viii-via族、钙钛矿材料以及碳量子点中的至少一种；金属氧化物包含：zn、cr、co、dy、er、eu、fe、gd、gd、pr、nd、ni、in、pr、sm、tb、tm、以及它们的组合。

17、在一些实施方式中，在步骤s2和s3中，所述配体溶于所述单体，所述配体使得所述改性内核溶于所述单体，所述单体通过聚合反应形成共价键合的聚合物壳层包覆所述改性内核。

18、进一步的，在步骤s2中，加入配体的质量占内核中荧光材料质量的5-50wt％。

19、进一步的，所述单体为含有碳碳双键的聚合物单体时，所述配体包含多个重复单元，所述重复单元包含胺基基团、环氧基团、羟基基团、酰胺基团、巯基基团、羧基基团中的至少一种基团。优选的，所述重复单元的数量为1～30。

20、进一步的，所述含有碳碳双键的聚合物单体包括：丙烯酸酯单体、低聚丙烯酸酯单体。

21、进一步的，所述单体为烯酸类硅烷单体时，所述配体包含：c12-c18的烷基聚氧乙烯丙烯酸酯基团、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯基团、烷基聚氧乙烯磷酸酯基团、巯基-聚氧乙烯脱水山梨醇脂肪酸酯基团中的至少一种。

22、在一些实施方式中，在步骤s3中，所述荧光微球为单层有机壳层包覆的荧光微球、或者为多层有机壳层包覆的荧光微球。

23、进一步的，将所述改性内核、所述单体和引发剂分散在乳化剂溶液中，通过聚合反应直接形成所述单层有机壳层包覆的荧光微球。

24、进一步的，制备聚合物微球内包覆所述改性内核的荧光种子微球，将所述荧光种子微球、所述单体和引发剂分散在乳化剂溶液中，通过聚合反应形成所述多层有机壳层包覆的荧光微球。

25、在一些实施方式中，还包括步骤s4，将所述荧光微球与功能基团进行接枝反应。

26、进一步的，所述功能基团包括：水溶性功能基团，使荧光微球具有良好的水溶性，或/和偶联功能基团，使荧光微球能够连接生物分子。

27、本技术的第二方面，提供一种粒径均匀的荧光微球，所述荧光微球包括：内核、修饰所述内核的配体、以及包覆所述内核和配体的有机壳层；所述内核包括：模板物质和荧光材料，模板物质结合荧光材料，模板物质为具有空穴的对称性物质；所述有机壳层由单体发生聚合反应形成。

28、在一些实施方式中，所述内核包括一个模板物质和多个荧光材料，即一个模板物质结合多个荧光材料。

29、在一些实施方式中，所述模板物质为表面修饰的模板物质，模板物质具有与荧光材料连接或者吸附的配位基团。

30、在一些实施方式中，所述内核还包括磁性物质，一个模板物质吸附或连接多个荧光材料和多个磁性物质。

31、在一些实施方式中，配体修饰的内核称为改性内核，所述配体溶于所述单体，所述配体使得所述改性内核溶于所述单体，所述单体通过聚合反应形成共价键合的聚合物壳层包覆所述改性内核。

32、本技术的第三方面，提供一种粒径均匀的荧光微球，所述粒径均匀的荧光微球采用前述制备方法获得。

33、本技术的第四方面，所述荧光微球在生物医药中的应用，所述生物医药包括：药物负载、生物探针、生物标记、疾病诊断、示踪剂、固相芯片、液相芯片、免疫层析、拉曼散射。所述荧光微球在示踪剂方面的应用。

34、本技术的荧光微球及其制备方法，与现有技术相比，至少具有以下优点：

35、(1)本技术荧光微球的粒径均匀。本技术荧光微球的粒径均匀性，主要由模板物质决定。模板物质为具有空穴的对称性物质，其空穴用于容纳荧光材料形成内核，其高度对称性使得模板物质本身尺寸均匀；在此基础上包覆有机壳层形成荧光微球，其粒径也均匀。

36、(2)本技术荧光微球的粒径可调。本技术的模板物质，通过控制其支链的长度就能够控制模板物质的尺寸/粒径大小，从而使得荧光微球的粒径可控。粒径波动小、精准度高(pdi值低、即多分散指数低)。

37、(3)本技术荧光微球发光性能好。本技术荧光微球在合成的过程中，不会产生硅酸分子、氨水、乙醇等对量子点表面造成不良影响的成分，荧光材料的发光性能好。

38、(4)本技术的荧光微球包覆壳层的壳耐性好、包覆紧密。本技术对内核进行配体修饰，形成改性内核，使得改性内核与单体的极性相近，这是单体交联聚合产物能够包覆上内核的基础；然后在改性内核的基础上，通过单体的聚合反应形成共价键合的聚合物壳层包覆所述改性内核，共价键合的聚合物壳层交联紧密，荧光材料不易泄露，并且该壳层的耐水氧性能好。