双稀土配合物、其掺杂的Ag@SiO₂荧光纳米粒子及其制备方法

专利名称：双稀土配合物、其掺杂的Ag@SiO₂荧光纳米粒子及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种Ag@Si02荧光纳米粒子及其制备方法。特别是一种双稀土配合物、 其掺杂的Ag@Si02荧光纳米粒子及其制备方法。
背景技术：
稀土配合物具有长寿命荧光及较大Stokes位移的特点，近年来，将其制备成具有 良好水溶性、良好生物相溶性、表面易修饰的核壳型硅纳米粒子并应用于时间分辨荧光免 疫分析、DNA检测及细胞成像[5]等成为稀土化合物的一个研究热点。在目前所制备的稀土配合物荧光纳米粒子中，大多数纳米粒子包裹的稀土配合物 仅含有一种稀土离子，而同时含有两种或两种以上稀土离子的荧光纳米粒子却很少有报 道。不同的稀土离子在同一波长光源的激发下可以发出各自的特征荧光光谱[9]，且稀土离 子的种类与组成比例不同，呈现不同的颜色。这种特殊的荧光现象，使得该类型纳米粒子在 多元荧光免疫分析、细胞成像等领域具有独物的优点。近年来，有报导利用银的金属增强荧 光效应，将稀土配合物制备成核壳型Ag@Si02纳米粒子，可以提高稀土配合物硅纳米粒子的 荧光强度与光稳定性，进而提高其作为荧光探针的检测灵敏度。这为制备新型稀土配合物 荧光纳米粒子提供了新的思路。

发明内容
本发明的目的之一在于提供一种双稀土配合物。本发明的目的之二在于提供该配合物掺杂的Ag@Si02荧光纳米粒子。本发明的目的之二在于提供该荧光纳米粒子的制备方法。为达到上述目的，本发明采用如下技术方案一种双稀土配合物掺杂的Ag@Si02荧光纳米粒子，其特征在于该荧光纳米粒 子以双稀土配合物Eu3+/Tb3+-PABA-DTPA-APTMS掺杂的银为内核，在内核表面覆盖有 网状结构的二氧化硅，在二氧化桂表面带有活性氨基基团，其中双稀土配合物Eu3+/ Tb3+-PABA-DTPA-APTMS与银的质量比为1 0. 176 0. 2 ；内核与二氧化硅的质量比为 1 5 12，且每毫克纳米粒子含有595 630nmol氨基。上述的荧光纳米粒子为规则球形，平均粒径为115 125nm nm,其中内核的粒径 及硅壳的厚度分别为16nm和52nm。一种制备上述的双稀土配合物掺杂的Ag@Si02荧光纳米粒子的方法，其特征在于 该方法的具体步骤为 a)将可溶性Eu盐和可溶性Tb盐按1 0. 8 1. 3的摩尔比溶于水溶液中混合均 勻，再加入配合前驱体PABA-DTPA-APTMS，使得前驱体与两种稀土离子的总摩尔数的比为 1 0. 9 1. 1，搅拌反应过夜后避光保存，得双稀土配合物Eu3+/Tb3+-PABA-DTPA-APTMS溶 液；
b)将Triton X-100、正己醇、环己烷、3_氨丙基三甲氧基硅烷和二次蒸馏水按 448 446 1864 1 500 500 2000 1的体积比混合后形成W/0型微乳液，然 后加入步骤a所得双稀土配合物Eu3+/Tb3+-PABA-DTPA-APTMS溶液和AgN03水溶液，其中双 稀土配合物 Eu3+/Tb3+-PABA-DTPA-APTMS 和 AgN03 的摩尔比为 1 10 15，AgN03 与上述 的正己醇的摩尔比为1 437 500，室温搅拌均勻，加入还原剂，该还原剂与AgN03的摩 尔比为178 200 1，加入正硅酸乙酯和氨水，其中正硅酸乙酯、氨水和AgN03的摩尔比 为96 572 1 100 600 1，室温下搅拌反应23 26小时，再加入正硅酸乙 酯、氨水和3-氨丙基三甲氧基硅烷，其中正硅酸乙酯、氨水及3-氨丙基三甲氧基硅烷的 摩尔比为17.1 102 1 20 110 1，3_氨丙基三甲氧基硅烷与AgN03的摩尔比为 5.6 1 10 1 ；继续搅拌反应24小时后，加入丙酮破乳，离心除去上清液，然后用无水乙 醇和二次蒸馏水交替洗洗涤除去表面活性剂及未反应的原料杂质，真空干燥后，得到Eu3+/ Tb3+-PABA-DTPA-APTMS掺杂的Ag@Si02的荧光纳米粒子。上述的可溶性Eu盐为EuC13。上述的可溶性Tb盐为TbCl3。上述的还原剂为水合胼、柠檬酸钠或硼氢化钠。上述的配合前驱体PABA-DTPA-APTMS的具体制备方法为将对氨基苯甲酸 PABA溶于二甲亚砜中，剧烈搅拌下，加入二乙烯三胺五乙酸DTPA，搅拌反应8小时后，再 加入3-氨丙基三甲氧基硅烷APTMS，搅拌过夜；其中PABA、DTPA和APTMS的摩尔比为 1. 1 1 1. 55 1. 5 1 2. 0，所述的配合前驱体PABA-DTPA-APTMS的的结构式为 本发明利用反相微乳液法成功制备并表征表面带有氨基的双稀土配合物EU3+/ Tb3+-PABA-DTPA-APTMS掺杂的Ag@Si02荧光纳米粒子。结果表明该纳米粒子中Eu3+与Tb3+在 最大发射峰处的荧光强度较EU3+/Tb3+-PABA-DTPA-APTMS掺杂的没有银核的Si02荧光纳米 粒子分别提高了 3. 0和3. 4倍，所制备的纳米粒子呈规则球状，大小均勻，粒径为120 士 5nm， 具有良好的单分散性和光稳定性，纳米粒子表面带有氨基，可不需要进行表面修饰而直接 与生物分子反应。该纳米粒子可望作为一种新型的稀土荧光探针应用于高灵敏检测的时间 分辨荧光免疫分析、生物传感器、生物芯片等。


图1为本发明的Eu3+/Tb3+-DTPA-PABA掺杂的Si02荧光纳米粒子的TEM照片。图2为本发明的Eu3+/Tb3+-DTPA-PABA掺杂的Si02荧光纳米粒子的透射电镜照片。
图3为紫外-可见吸收光谱图，其中(A)为Eu3+/Tb3+-PABA-DTPA-APTMS掺杂的Ag@Si02荧光纳米粒子，(B)为Eu3+/Tb3+-PABA-DTPA-APTMS掺杂的Si02荧光纳米粒子。图4为Eu3+/Tb3+-PABA-DTPA-APTMS配合物(1. Omg/mL)在水中的时间分辨荧光光 谱 5 为 Eu3+/Tb3+-PABA-DTPA-APTMS 掺杂的 Ag@Si02 荧光纳米粒子(B，1. Omg/mL) 与Eu3+/Tb3+-PABA-DTPA-APTMS掺杂的Si02荧光纳米粒子(C，1. Omg/mL)在水中的时间分辨 荧光光谱。图 6 为 Eu3+/Tb3+-PABA-DTPA-APTMS 掺杂的 Si02 纳米粒子(A)及 Eu3+/ Tb3+-PABA-DTPA-APTMS掺杂的Ag@Si02纳米粒子(B)的光稳定性曲线。图 7 为 APTMS (A)、Eu3+/Tb3+-PABA-DTPA-APTMS 掺杂的 Ag@Si02 荧光纳米粒子(B)与 Eu3+/Tb3+-PABA-DTPA-APTMS掺杂的Si02荧光纳米粒子(C)与水合茚三酮反应后的紫外-可 见吸收光谱。图8为氨基浓度测定的工作曲线。
具体实施例方式一、试剂与仪器U-3010紫外-可见分光光度计、CR21GII高速离心机(日本Hitachi公司)； JEM-2010F高分辨透射电子显微镜(日本电子株式会社)；Varioskan flash多功能酶标仪 (美国 Thermo 公司)。PABA、DTPA、APTMS、Triton X-100 及 TbCl6. 6H20 购于 Sigma 公司； Eu203(99. 99% )购于上海同纳环保科技有限公司；其余试剂购于中国医药集团上海化学试 剂公司，上述试剂均为分析纯。实验用水为二次蒸馏水。二、实验过程1.配合前驱体 PABA-DTPA-APTMS 的制备将 0. 019 克 PABA 溶于 0. 6mL 的 DMS0 中，然后将0. 05克DTPA加入到上述剧烈搅拌着的DMS0溶液中，室温搅拌8小时后，将 0. 035mLAPTMS加入到上述混合物中，搅拌过夜。2.双稀土 配合物 Eu3+/Tb3+-PABA-DTPA-APTMS 的制备将 0. 01mol/L EuC13 和O.Olmol/L TbCl3的无水溶液按1比1的体积比混合后，加入一定量的配合前驱体 PABA-DTPA-APTMS，使得前驱体与两种稀土离子的物质的量相等，搅拌反应过夜后避光保存。3. Eu3+/Tb3+-DTPA-PABA掺杂的Ag@Si02荧光纳米粒子的制备将2. 24mL 的 Triton X-100,2. 23mL 的正己醇、9. 32mL 的环己烧、5 ii LAPTMS 和 0. 25mL的二次蒸馏水混合后形成(W/0)型微乳液，然后向上述微乳液中加入50 y L的前驱 体 Eu3+/Tb3+-PABA-DTPA-APTMS 溶液和 25 u L0. 02mol/L 的 AgN03 水溶液，室温搅拌 30 分钟 后，加入水合胼50 iiL，接着加入100iiL的TE0S和100uL氨水引发聚合反应。室温下搅拌 反应24小时，加入100 iiL TE0S、100iiL氨水及5iiL APTMS，继续搅拌反应24小时后，加入 约20mL丙酮使纳米微球沉淀出来，离心(12000转/分左右)后除去上清液，然后用无水乙 醇和二次蒸馏水交替洗三次以除去表面活性剂及未反应的原料等杂质，真空干燥后，得到 Eu3+/Tb3+-PABA-DTPA-APTMS 掺杂的 Ag@Si02 的荧光纳米粒子。采用同样的方法，在未加AgN03的情况下制备Eu3+/Tb3+-PABA-DTPA-APTMS掺杂的 Si02荧光纳米粒子。
双稀土配合物掺杂的双稀土配合物掺杂的Ag@Si02-光纳米粒子透射电镜 照片如图1所示。由图可以看出，双稀土配合物掺杂的sio2m米粒子呈现出球状颗粒，其 粒径为90 士 5nm，纳米微粒之间没有相互聚集，具有良好的单分散性。图2为双稀土配合物 掺杂的Ag@Si02纳米粒子的高倍电镜图，纳米粒子呈球状，其粒径为120士5nm，其中银核的 粒径为16nm，硅壳的厚度约为52nm。图 3 为 Eu3+/Tb3+-PABA-DTPA-APTMS 掺杂的 AgiSi02 荧光纳米粒子与 Eu3+/ Tb3+-PABA-DTPA-APTMS掺杂的Si02荧光纳米粒子紫外-可见吸收光谱。从图中可以看出 Eu3+/Tb3+-PABA-DTPA-APTMS掺杂的Ag@Si02荧光纳米粒子在415nm处有金属银产生表面等 离子体共振特征吸收峰，而Eu3+/Tb3+-PABA-DTPA-APTMS掺杂的Si02荧光纳米粒子在415nm 处没有吸收峰。Eu3+/Tb3+-PABA-DTPA-APTMS 配合物、Eu3+/Tb3+-PABA-DTPA-APTMS 掺杂的 Ag@Si02 荧光纳米粒子与Eu3+/Tb3+-PABA-DTPA-APTMS掺杂的Si02荧光纳米粒子的时间分辨荧光光 谱如图4和图5所示。它们的最大激发波长分别为258nm、273nm和258nm，由于铽离子的 5D4 — 7F6,5,4和铕离子的5队一7F2,4跃迁的缘故，双稀土配合物及两种纳米粒子均在489、543、 589nm、615nm及694nm处有发射峰，其中543nm与615nm处的发射峰分别为铽离子和铕离子 的最大发射峰。而双稀土配合物及两种荧光纳米粒子均拥有较宽的激发谱带，尖锐的发射 峰，半峰宽均在10 15nm左右，纳米粒子所发荧光的Stokes位移非常大，这对于克服因激 发光而导致的散乱光对测定的干扰非常有利。此外，从图中还可以得出Eu3+/Tb3+-PABA-DTPA-APTMS掺杂的Ag@Si02荧光纳米 粒子中铽离子与铕离子在最大发射峰处的荧光强度较EU3+/Tb3+-PABA-DTPA-APTMS掺杂的 Si02荧光纳米粒子分别提高了 3. 4和3. 0倍，这是由于在Eu3+/Tb3+-PABA-DTPA-APTMS掺杂 的Ag@Si02纳米粒子中，由于金属增强荧光效应，即金属银的表面等离子体共振与稀土配合 物荧光分子的相互作用，使稀土配合物荧光分子的荧光强度增强。经测定，Eu3+/Tb3+-PABA-DTPA-APTMS配合物、Eu3+/Tb3+-PABA-DTPA-APTMS 掺杂的 AgiSi02荧光纳米粒子与Eu3+/Tb3+-PABA-DTPA-APTMS掺杂的Si02荧光纳米粒子的荧光寿命 分别为0. 81,0. 93和0. 91ms，表明三种物质均有较长的荧光寿命，但两种荧光纳米粒子的 荧光寿命均较Eu3+/Tb3+-PABA-DTPA-APTMS配合物长，这可能是由于二氧化硅外壳起到了对 内核材料的保护作用。Eu3+/Tb3+-PABA-DTPA-APTMS 掺杂的 Si02 纳米粒子及 Eu3+/Tb3+-PABA-DTPA-APTMS 掺杂的Ag@Si02纳米粒子在氙灯照射下其荧光强度随着时间变化曲线如图6所示。由图可 以看出，两种纳米粒子的荧光强度在60分钟的氙灯照射后其荧光强度未发生明显的变化， 说明它们均具有强的抗光漂白性能力。原因是由于二氧化硅壳的保护作用，可以有效地减 少外界光源对荧光分子的光漂白作用。1.2. 4纳米粒子表面氨基的测定向 3支 5. OmL离心管中分别加入 5 ii L APTMS、1. Omg Eu3+/Tb3+-PABA-DTPA-APTMS掺 杂的Ag@Si02及1. Omg Eu3+/Tb3+-PABA-DTPA-APTMS掺杂的Si02纳米粒子，然后向每支离心 管加入0. 5mL 0. 056mol/L的水合茚三酮溶液和1. 5mL水，最后向离心管中分别加入0. lmL 0. lmol/L的NaOH溶液，80°C水浴加热5分钟，冷却后用U-3010紫外-可见分光光度计分别 测量其紫外_可见吸收光谱及在570nm处的吸收值。
利用氨基化合物与水合茚三酮反应生成蓝紫色物质在570nm处有明显吸收峰的 原理测定氨基的存在。实验结果如图7所示，APTMS与水合茚三酮反应后生成蓝紫色物质 在570nm处有明显的吸收峰，而Eu3+/Tb3+-PABA-DTPA-APTMS掺杂的Ag@Si02荧光纳米粒子 与Eu3+/Tb3+-PABA-DTPA-APTMS掺杂的Si02荧光纳米粒子在570nm处也同样具有吸收峰。实 验结果表明两种荧光纳米粒子表面均有氨基的存在。由于所制备的纳米粒子表面直接带有 氨基活性基团，其可以直接与生物分子反应，因此该纳米粒子可直接用于生物分子的标记， 省去了繁琐的表面修饰等步骤。此外，对纳米粒子的表面氨基进行了定量测定，以APTMS作为标准物质测量570nm 处的吸光度做标准工作曲线，如图8所示。将纳米粒子用同样的方法测定570nm处的吸光 度，代入直线方程y = 0. OOlx-O. 011，即可计算出纳米粒子表面氨基的数量。实验测得在 加入5 u LAPTMS的条件下所制备的直径为120nm左右的Eu3+/Tb3+-PABA-DTPA-APTMS掺杂的 AgiSi02荧光纳米微粒每毫克含有约611nmol的氨基。
权利要求
一种双稀土配合物掺杂的Ag@SiO2荧光纳米粒子，其特征在于该荧光纳米粒子以双稀土配合物Eu3+/Tb3+-PABA-DTPA-APTMS掺杂的银为内核，在内核表面覆盖有网状结构的二氧化硅，在二氧化桂表面带有活性氨基基团，其中双稀土配合物Eu3+/Tb3+-PABA-DTPA-APTMS与银的质量比为1∶0.176～0.2；内核与二氧化硅的质量比为1∶5～12，且每毫克纳米粒子含有595～630nmol氨基。
2.根据权利要求2所述的双稀土配合物掺杂的AgOSiO2荧光纳米粒子，其特征在于该 荧光纳米粒子为规则球形，平均粒径为115 125nm nm，其中内核的粒径及硅壳的厚度分 别为16nm 禾口 52nm。
3.一种制备根据权利要求1所述的双稀土配合物掺杂的AgOSiO2荧光纳米粒子的方 法，其特征在于该方法的具体步骤为a.将可溶性Eu盐和可溶性Tb盐按1 0. 8 1. 3的摩尔比溶于水溶液中混合均 勻，再加入配合前驱体PABA-DTPA-APTMS，使得前驱体与两种稀土离子的总摩尔数的比为 1 0. 9 1. 1，搅拌反应过夜后避光保存，得双稀土配合物Eu3+/Tb3+-PABA-DTPA-APTMS溶 液；b.将TritonX-100、正己醇、环己烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷和二次蒸馏水按 448 446 1864 1 500 500 2000 1的体积比混合后形成W/0型微乳液，然 后加入步骤a所得双稀土配合物Eu3+/Tb3+-PABA-DTPA-APTMS溶液和AgNO3水溶液，其中 双稀土配合物 Eu3+/Tb3+-PABA-DTPA-APTMS 和 AgNO3 的摩尔比为 1 10 15，AgNO3 与上 述的正己醇的摩尔比为1 437 500，室温搅拌均勻，加入还原剂，该还原剂与AgNO3W 摩尔比为178 200 1，加入正硅酸乙酯和氨水，其中正硅酸乙酯、氨水和AgNO3的摩尔 比为96 572 1 100 600 1，室温下搅拌反应23 26小时，再加入正硅酸 乙酯、氨水和3-氨丙基三甲氧基硅烷，其中正硅酸乙酯、氨水及3-氨丙基三甲氧基硅烷 的摩尔比为17.1 102 1 20 110 :1，3-氨丙基三甲氧基硅烷与AgNO3的摩尔比为 5.6 1 10 1 ；继续搅拌反应24小时后，加入丙酮破乳，离心除去上清液，然后用无水乙 醇和二次蒸馏水交替洗洗涤除去表面活性剂及未反应的原料杂质，真空干燥后，得到Eu3+/ Tb3+-PABA-DTPA-APTMS掺杂的AgOSiO2的荧光纳米粒子。
4.根据权利要求3所述的双稀土配合物掺杂的AgOSiO2荧光纳米粒子的方法，其特征 在于所述的可溶性Eu盐为EuC13。
5.根据权利要求3所述的双稀土配合物掺杂的AgOSiO2荧光纳米粒子的方法，其特征 在于所述的可溶性Tb盐为TbCl3。
6.根据权利要求3所述的双稀土配合物掺杂的AgOSiO2荧光纳米粒子的方法，其特征 在于所述的还原剂为水合胼、柠檬酸钠或硼氢化钠。
7.根据权利要求3所述的双稀土配合物掺杂的AgOSiO2荧光纳米粒子的方法，其特征 在于所述的配合前驱体PABA-DTPA-APTMS的具体制备方法为将对氨基苯甲酸PABA溶于二 甲亚砜中，剧烈搅拌下，加入二乙烯三胺五乙酸DTPA，搅拌反应8小时后，再加入3-氨丙基 三甲氧基硅烷APTMS，搅拌过夜；其中PABA、DTPA和APTMS的摩尔比为1. 1 1 1. 55 1.5 1 2.0，所述的配合前驱体PABA-DTPA-APTMS的的结构式为
全文摘要
本发明涉及一种双稀土配合物、其掺杂的Ag@SiO2荧光纳米粒子及其制备方法。该荧光纳米粒子以双稀土配合物Eu3+/Tb3+-PABA-DTPA-APTMS掺杂的银为内核，在内核表面覆盖有网状结构的二氧化硅，在二氧化桂表面带有活性氨基基团，其中双稀土配合物Eu3+/Tb3+-PABA-DTPA-APTMS与银的质量比为1∶0.176～0.2；内核与二氧化硅的质量比为1∶5～12，且每毫克纳米粒子含有595～630nmol氨基。本发明的纳米粒子中Eu3+与Tb3+在最大发射峰处的荧光强度较Eu3+/Tb3+-PABA-DTPA-APTMS掺杂的没有银核的SiO2荧光纳米粒子分别提高了3.0和3.4倍，所制备的纳米粒子呈规则球状，大小均匀，粒径为120±5nm，具有良好的单分散性和光稳定性，纳米粒子表面带有氨基，可不需要进行表面修饰而直接与生物分子反应。该纳米粒子可望作为一种新型的稀土荧光探针应用于高灵敏检测的时间分辨荧光免疫分析、生物传感器、生物芯片等。
文档编号C09K11/06GK101864298SQ20101018555
公开日2010年10月20日 申请日期2010年5月26日 优先权日2010年5月26日
发明者刘斌虎, 尹东光, 张乐, 张礼, 谢春娟 申请人:上海大学