基于介孔氧化硅的上转换发光编码纳米复合颗粒的制备方法、编码方法技术

本发明专利技术公开了一种基于介孔氧化硅的上转换发光编码纳米复合颗粒的制备方法，配制含稀土元素的金属氟化物前驱体溶胶后，搅拌使溶胶通过毛细管效应进入介孔氧化硅的孔道，低速离心去除上清液，加水轻柔涡旋震荡，以洗去颗粒表面的前驱体溶胶，低速离心收集样品，置于烘箱中干燥，以在介孔氧化硅的孔道内形成金属氟化物的干凝胶，干燥后送去烧结，得到上转换发光的介孔氧化硅复合纳米颗粒，该方法能够使上转换发光纳米晶体只在氧化硅介孔内形核生长，能够极大地减低上转换发光纳米晶体编码微球的生物毒性，方便进一步对编码微球进行改性；本发明专利技术还提供相应的编码方法，使不同的复合颗粒孔道内的上转换发光纳米晶所含稀土元素的种类或含量存在差异。种类或含量存在差异。种类或含量存在差异。

【技术实现步骤摘要】
基于介孔氧化硅的上转换发光编码纳米复合颗粒的制备方法、编码方法


[0001]本专利技术涉及一种上转换发光编码微球的制备方法，特别涉及一种基于介孔氧化硅的上转换发光编码纳米复合颗粒的制备方法及其编码方法。

技术介绍

[0002]在临床诊断、药物筛选等领域对生物分子开展大规模分析检测这一需求的推动下，各种各样高通量分析手段如固相芯片和液相芯片等技术应运而生。高通量检测技术一方面能够将多种变量整合在一起分析，克服了单一变量分析的局限性；另一方面能够大大降低时间、劳动与经济成本。与传统单一变量检测分析方法相比，实现高通量分析的关键在于如何有效地为各个变量寻址，从而分别对每个变量进行定量分析。
[0003]得益于材料学领域的快速发展，以有机/无机编码微球为技术核心的高通量检测方式，在改善多元分析能力、提高检测灵敏度等方面独具优势。其中，具有足够高容量的编码微球的设计、制备与性能调控成为该领域的技术研究难点与热点。迄今为止，已发展出多种编码手段如：光谱信号编码、图形编码、化学信号编码、电信号编码、磁信号编码等。在上述编码模式中，光谱信号编码因其编码灵活、解码方便且高速应用最为广泛。美国Luminex公司最早基于两到三种有机荧光染料编码的聚苯乙烯微球开发了能够实现高通量检测的悬液芯片系统。应用至今荧光染料编码的不足之处逐渐显露：首先，荧光染料具有很宽的发射光谱，因此光谱能完全分开且与常用定量标记物不产生干扰的有机染料非常有限；其次，染料的吸收光谱较窄，通常需要多束激光激发染料编码微球，使得检测仪器的成本居高不下；此外，有机染料的荧光稳定性较差，编码微球信号保持时限较短，不利于实际应用。
[0004]目前常用的基于有机染料或量子点的编码微球，由于使用短波激发光源而不可避免的因生物分子自发荧光和瑞利散射存在背景噪声。而稀土掺杂的上转换发光材料能够在低能量近红外光激发下产生反Stokes发光，具有长寿命、可协调多色发光、发射峰窄、发光稳定等优点。此外，稀土发光离子具有丰富的发光能级，其离子内部4f
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4f电子跃迁能产生从紫外区到近红外区的荧光。稀土掺杂上转换发光材料的光谱信息能够通过离子掺杂浓度、晶体尺寸、荧光共振能量转移等多种策略进行精确调节，有望代替目前已商业化的染料荧光编码微球成为新一代编码手段。
[0005]上转换发光材料需稀土掺杂以及高度结晶化以保证其光致发光性能与效率，但也导致其在应用时存在生物毒性大、表面改性困难和难于实现功能复合等问题。目前最常用的改善方法是在上转换发光材料表面通过溶胶凝胶法包覆一层氧化硅或介孔氧化硅，此方法的实现操作步骤复杂且表面壳层的厚度与一致性不易控制。

技术实现思路

[0006]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种基于介孔氧化硅的上转换发光编码纳米复合颗粒的制备方法，以使上转换发光纳米晶体只在氧化硅介孔内形核生长，介孔氧化
硅的表面不具有上转换发光纳米晶体。
[0007]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于介孔氧化硅的上转换发光编码纳米复合颗粒的制备方法，包括以下步骤：S1、配制含稀土元素的金属氟化物前驱体溶胶；S2、将介孔氧化硅颗粒加入到前驱体溶胶中搅拌，使前驱体溶胶通过毛细管效应进入介孔氧化硅颗粒的孔道；S3、第一次低速离心，去除上清液；S4、加入去离子水洗去介孔氧化硅颗粒表面的前驱体溶胶；S5、第二次低速离心，收集介孔氧化硅颗粒；S6、对介孔氧化硅颗粒进行干燥处理，使前驱体溶胶在介孔氧化硅颗粒的孔道内形成含稀土元素的金属氟化物干凝胶；S7、烧结，得到上转换发光的介孔氧化硅复合纳米颗粒。
[0008]本申请实施例提供的上转换发光编码纳米复合颗粒的制备方法利用毛细管效应将含稀土元素的金属氟化物前驱体溶胶吸进介孔氧化硅颗粒的孔道内，再以特定的方式处理吸有前驱体溶胶的介孔氧化硅颗粒，使其表面无稀土金属离子残留或残留极少，将孔道内的前驱体溶胶缓慢干燥成干凝胶，再进行烧结，使上转换发光纳米晶体只在氧化硅颗粒的介孔内形核生长，能够极大地减低上转换发光纳米晶体编码微球的生物毒性，保留介孔氧化硅的外表面，方便进一步对编码微球进行改性或复合。
[0009]进一步地，步骤S1中配制含稀土元素的金属氟化物前驱体溶胶的方法为，以三氟乙酸为氟源，以水为介质，加入原料金属盐和稀土盐，在室温下搅拌混匀；所述原料金属盐和稀土盐同为醇盐，或同为乙酸盐；所述原料金属盐中的阳离子选自Mg
2+
（二价镁离子）、Ca
2+
（二价钙离子）、Zn
2+
（二价锌离子）、Ba
2+
（二价钡离子）、La
3+
（三价镧离子）或Ce
3+
（三价铈离子）中的至少一种；所述稀土盐中的阳离子包括敏化剂离子和激活剂离子，所述敏化剂离子为Yb
3+
（三价镱离子），所述激活剂离子为Er
3+
（三价铒离子）、Tm
3+
（三价铥离子）、Ho
3+
（三价钬离子）、Nd
3+
（三价钕离子）、Eu
3+
（三价铕离子）、Tb
3+
（三价铽离子）、Dy
3+
（三价镝离子）、Sm
3+
（三价钐离子）、Pr
3+
（三价镨离子）中的至少一种。原料金属盐可以多种混合，实际上，原料金属盐只用一种即可，原料金属盐用于构成稀土掺杂上转换发光纳米晶体的基础晶体，未有证据表明多种原料金属混合对上转换发光性能产生影响。
[0010]更进一步地，所述原料金属盐选自二价金属盐中的一种，即Mg
2+
、Ca
2+
、Zn
2+
或Ba
2+
，投料量按物质的量计时，所述二价金属离子：敏化剂离子：激活剂离子=100: 10
‑
60: 0.1
‑
5。
[0011]进一步地，S2中需要将反应体系置于35℃
‑
50℃环境中恒温，并在200
‑
500 rpm转速范围内缓慢搅拌12小时以上。
[0012]进一步地，S3中第一次低速离心和S5中第二次低速离心的时间为2
‑
3分钟，转速在8000 rpm以下。转速不能过高，离心时间不能过长，否则会使已处于介孔氧化硅颗粒孔道中的大部分稀土离子从孔道中逸出。
[0013]因为上述原因，离心时会有少部分稀土离子从孔道中逸出，优选地，在步骤S3和S4之间，去除上清液后还存在一步骤：S31、重新加入少量前驱体溶胶，然后以200
‑
500 rpm的
转速低速涡旋震荡，使贴壁颗粒重新分散，室温静置半小时；所述少量前驱体溶胶的用量为每毫克介孔氧化硅2微升。能够补充稀土离子浓度，确保介孔氧化硅微球中含有一定量的前驱体溶胶。步骤S4中短时间轻柔涡旋震荡即可，步骤S5中第二次低速离心除了发挥收集的作用外，同时也相当于一个清洗介孔氧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于介孔氧化硅的上转换发光编码纳米复合颗粒的制备方法，其特征在于包括以下步骤：S1、配制含稀土元素的金属氟化物前驱体溶胶；S2、将介孔氧化硅颗粒加入到前驱体溶胶中搅拌，使前驱体溶胶通过毛细管效应进入介孔氧化硅颗粒的孔道；S3、第一次低速离心，去除上清液；S4、加入去离子水洗去介孔氧化硅颗粒表面的前驱体溶胶；S5、第二次低速离心，收集介孔氧化硅颗粒；S6、对介孔氧化硅颗粒进行干燥处理，使前驱体溶胶在介孔氧化硅颗粒的孔道内形成含稀土元素的金属氟化物干凝胶；S7、烧结，得到上转换发光的介孔氧化硅复合纳米颗粒。2.根据权利要求1所述的基于介孔氧化硅的上转换发光编码纳米复合颗粒的制备方法，其特征在于，步骤S1中配制含稀土元素的金属氟化物前驱体溶胶的方法为，以三氟乙酸为氟源，以水为介质，加入原料金属盐和稀土盐，在室温下搅拌混匀；所述原料金属盐和稀土盐同为醇盐，或同为乙酸盐；所述原料金属盐中的阳离子选自Mg
2+
、Ca
2+
、Zn
2+
、Ba
2+
、La
3+
或Ce
3+
中的至少一种；所述稀土盐中的阳离子包括敏化剂离子和激活剂离子，所述敏化剂离子为Yb
3+
，所述激活剂离子为Er
3+
、Tm
3+
、Ho
3+
、Nd
3+
、Eu
3+
、Tb
3+
、Dy
3+
、Sm
3+
、Pr
3+
中的至少一种。3.根据权利要求2所述的基于介孔氧化硅的上转换发光编码纳米复合颗粒的制备方法，其特征在于，所述原料金属盐选自二价金属盐中的一种，投料量按物质的量计时，二价金属离子：敏化剂离子：激活剂离子=100: 10
‑
60: 0.1
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5。4.根据权利要求1所述的基于介孔氧化硅的上转换发光编码纳米复合颗粒的制备方法，其特征在于S2中需要将反应体系置于35℃
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50℃环境中恒温，缓慢搅拌12小时以上。5.根据权利要求1所述的基于介孔氧化硅的上转换发光编码纳米复合颗粒的制备方法，其特征在于，在步骤S3和S4之间，去除上清液后还存在一步骤：S31、重新加入少量前驱体溶胶，然后低速涡旋震荡使...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾桐旭，褚春旭，钟嘉俊，白鹏利，
申请(专利权)人：季华实验室，
类型：发明
国别省市：