【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術涉及熒光探針，尤其涉及一種nir-iib/c稀土納米顆粒熒光探針及其制備方法和應用。
技術介紹
1、活體光學成像由于靈敏度高、生物安全性好、可實現(xiàn)動態(tài)觀測、無創(chuàng)分析等優(yōu)點廣泛應用于生物學、醫(yī)學等領域的研究。然而，光在組織中傳播時會有界面反射、散射、吸收和自發(fā)熒光的干擾，這些干擾因素嚴重限制了成像的穿透深度和空間分辨率。隨著波長增加到1000?nm以后的近紅外二區(qū)，生物組織的自發(fā)熒光和散射都有明顯下降，水的吸收也在較低的水平。近紅外二區(qū)被劃分為了nir-iia（1300-1400?nm）、nir-iib（1500-1700?nm）、nir-iic（1700-1900?nm）等幾個適合活體生物成像的亞區(qū)。近年來，nir-iib（1500-1700?nm）成像由于具有吸收和散射效應低，無自發(fā)熒光干擾，分辨率和信噪比高、組織穿透深度高等特點，在多通道功能性成像、手術導航、腫瘤微環(huán)境監(jiān)測等領域有廣泛應用。相對于nir-iib窗口，nir-iic窗口水的吸收基本持平，但波長增加，自發(fā)熒光等干擾因素的影響降低。所以，nir-iic的成像深度和分辨率比nir-iib更高。ingaas近紅外相機具有高幀速、高分辨率、低噪聲和高穩(wěn)定性等特點，是目前應用非常普遍的一種生物成像檢測設備。傳統(tǒng)的ingaas相機光譜響應范圍為900-1700?nm，無法進行nir-iic波段的探測，近年來研究人員對相機進行優(yōu)化，使其工作波長延長到了1900?nm，滿足了窗口生物成像對設備的要求，但探測波長延伸后相機響應性能有所下降，這就對探針的性能提出了更高的要
2、目前可用于nir-iic生物成像的熒光探針主要有半導體量子點和稀土納米顆粒兩大類，稀土納米顆粒由于stokes位移大，發(fā)射半高峰寬窄，毒性低，發(fā)光壽命長，穩(wěn)定性好、可控性強等特點在生物成像應用上具有明顯優(yōu)勢。但目前nir-iic稀土納米顆粒探針存在數(shù)量少、亮度低、穩(wěn)定性差等缺點和不足。因此研發(fā)性能更好的新型nir-iic稀土納米顆粒探針、同時優(yōu)化親水化修飾方法提高探針的生物相容性對探究生物深層組織可視化成像、疾病診斷和治療具有至關重要的作用。
3、稀土離子光譜在4f電子軌道能級間的躍遷由于量子數(shù)較大，形成的能級數(shù)量多，所以能級之間的躍遷也多，可以形成從紫外光到紅外光各個波段的光譜。研究發(fā)現(xiàn)，稀土tm3+離子3f4→3h6能級躍遷會產(chǎn)生1800?nm附近的發(fā)光，恰好位于nir-iic窗口，因此，可以將tm3+離子作為探針材料的發(fā)光中心，制備nir-iic稀土納米顆粒熒光探針。yb3+離子是稀土納米顆粒探針常用的敏化劑，但是yb3+離子與tm3+離子的能量傳遞效率較低，tm3+離子在1800?nm附近的發(fā)光強度較弱，無法達到理想的成像效果。因此，建立一種高效的敏化體系來增強tm3+離子的下轉(zhuǎn)換效率，從而提高在1800?nm附近的發(fā)光強度使探針更好的應用到nir-iic成像是亟需解決的問題。現(xiàn)有稀土納米顆粒探針大多是單一性的發(fā)光，即只在某波段有一個主要發(fā)射峰，如果將探針進行改進，能夠同時在不同波段發(fā)出兩個或多個發(fā)射峰，則探針的適用范圍和應用性能將會得到巨大提升。因此目前本領域亟需著力研發(fā)性能優(yōu)異的多波段稀土納米顆粒熒光探針。
4、此外，納米材料的生物兼容性和穩(wěn)定性直接影響了其在生物體中的應用場景和效果以及使用安全性。目前尚缺少穩(wěn)定可靠的、針對無機納米顆粒的表面親水性修飾方法和技術，這也是本領域另一個亟待解決的難點問題。
技術實現(xiàn)思路
1、為了解決上述技術問題，本專利技術提供一種nir-iib/c稀土納米顆粒熒光探針及其制備方法和應用。
2、本專利技術提供的新型nir-iib/c稀土納米顆粒熒光探針，主要應用于nir-iib/c生物成像領域。近紅外生物領域較成熟的為nir-iib生物成像，由于其吸收和散射效應低，無自發(fā)熒光干擾，分辨率和信噪比高、組織穿透深度高等特點在多通道功能性成像、手術導航、腫瘤微環(huán)境監(jiān)測、腫瘤治療效果監(jiān)測等領域有廣泛應用。然而相對于nir-iib窗口而言，nir-iic窗口水的吸收強度基本持平，但波長增加，自發(fā)熒光等干擾因素的影響降低。所以，nir-iic的成像深度和分辨率比nir-iib更高，在深層生物成像中更具優(yōu)勢，故其在深層組織的可視化成像，疾病監(jiān)測、機理研究、藥物研發(fā)等領域有廣泛應用前景。本專利技術設計的具有高效的能量傳遞體系使該探針具有良好的發(fā)光性能，提高生物組織的穿透深度和分辨率。該nir-iib/c稀土納米顆粒熒光探針為雙敏化核殼結(jié)構(gòu)，提高了能量傳遞效率，同時促進核殼中er3+離子的能量遷移，進一步提高了能量跨越殼層的傳遞效率。高效的能量傳遞體系使探針不僅在nir-iib有明亮的發(fā)光，同時在nir-iic的發(fā)光強度與傳統(tǒng)探針相比得到了數(shù)十倍的提升。
3、第一方面，本專利技術提供的nir-iib/c稀土納米顆粒熒光探針，由內(nèi)到外依次包含核、活性殼和惰性殼；其中，所述核包含tm3+離子和er3+離子，所述活性殼包含er3+離子、yb3+離子和ce3+離子。
4、本專利技術提供的nir-iib/c稀土納米顆粒熒光探針為雙敏化核殼結(jié)構(gòu)，以tm3+離子為發(fā)光中心，er3+離子同時作為發(fā)光中心和敏化中心，yb3+離子為敏化中心提高了能量傳遞效率，同時ce3+離子和er3+離子的交叉弛豫促進核殼中er3+離子的能量遷移，進一步提高了能量跨越殼層的傳遞效率。高效的能量傳遞體系使探針不僅在nir-iib有明亮的發(fā)光，同時在nir-iic的發(fā)光強度與傳統(tǒng)探針相比得到了數(shù)十倍的提升。
5、作為優(yōu)選，所述惰性殼包含y3+離子。
6、優(yōu)選的，所述nir-iib/c生物成像的熒光探針的結(jié)構(gòu)通式為：
7、aerxf4:tmy@aybmf4:ern,cep@ayf4式1
8、其中，x+y=1，m+n+p=1，a為na+離子或k+離子。
9、優(yōu)選的，x為80%~99.99%，優(yōu)選為88%~98%，更優(yōu)選為92%；y為0.01~20%，優(yōu)選為2%~12%，更優(yōu)選為8%；m為38%~100%，優(yōu)選為60%~97%，更優(yōu)選為84%；n為0~50%，優(yōu)選為2%~30%，更優(yōu)選為10%；p為0~12%，優(yōu)選為1%~10%，更優(yōu)選為6%；a為na+離子或k+離子，優(yōu)選為na+離子。
10、本專利技術提供的nir-iib/c稀土納米顆粒熒光探針，通過優(yōu)化離子組合和結(jié)構(gòu)設計，實現(xiàn)了高效能量傳遞和優(yōu)異的生物成像效果，通過調(diào)整能量傳遞體系和能量傳遞方式顯著提高能量傳遞效率，尤其提高了探針在nir-iic的發(fā)光強度顯著提高了成像的穿透深度和分辨率。經(jīng)專利技術人研究發(fā)現(xiàn)，通過調(diào)整x，y，m，n，p的比例，探針由外向內(nèi)的能量傳遞效率得到明顯提升，優(yōu)選參數(shù)能顯著提高探針在nir-iic的發(fā)光強度，相比傳統(tǒng)nir-iic探針亮度提高了數(shù)十倍。在其基礎上進行親水化處理的探針能顯著提高在生物組織中的穿透深度和成像分辨率，達到了亞厘米級穿透深度和微米級分辨率，使得更深層組織的成像效果更加清晰。同時探針在生物本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
1.一種NIR-IIb/c稀土納米顆粒熒光探針，其特征在于，所述NIR-IIb/c稀土納米顆粒熒光探針由內(nèi)到外依次包含核、活性殼和惰性殼；其中，所述核包含Tm3+離子和Er3+離子，所述活性殼包含Er3+離子、Yb3+離子和Ce3+離子。
2.根據(jù)權利要求1所述的NIR-IIb/c稀土納米顆粒熒光探針，其特征在于，所述惰性殼包含Y3+離子；
3.根據(jù)權利要求2所述的NIR-IIb/c稀土納米顆粒熒光探針，其特征在于，x為80%~99.99%，優(yōu)選為88%~98%，更優(yōu)選為92%；y為0.01~20%，優(yōu)選為2%~12%，更優(yōu)選為8%；m為38%~100%，優(yōu)選為60%~97%，更優(yōu)選為84%；n為0~50%，優(yōu)選為2%~30%，更優(yōu)選為10%；p為0~12%，優(yōu)選為1%~10%，更優(yōu)選為6%；A為Na+離子或K+離子，優(yōu)選為Na+離子。
4.一種NIR-IIb/c稀土納米顆粒熒光探針的制備方法，其特征在于，包括依次制備包含Tm3+離子和Er3+離子的核、包含Er3+離子、Yb3+離子和Ce3+離子的活性殼和包含Y3+離子的惰性殼；優(yōu)選的，包括以
5.根據(jù)權利要求4所述的NIR-IIb/c熒光納米探針的制備方法，其特征在于，步驟1）中，Tm(CH3COO)3和Er(CH3COO)3的摩爾比為0.02~0.12：0.88~0.98；和/或，油酸和十八烯的質(zhì)量比為4~7：4~8；和/或，NH4F和NaOH的質(zhì)量比為65~85：100~120；和/或，在惰性氣氛下在145~155?℃加熱25~35?min，冷卻至70~80?℃并加入NH4F和NaOH的甲醇溶液，抽真空并在惰性氣氛下在290~310?℃加熱50~70?min，繼續(xù)升溫至305~310?℃加熱15~25?min；
6.一種NIR-IIb/c稀土納米顆粒熒光探針的親水化修飾方法，其特征在于，所述NIR-IIb/c稀土納米顆粒熒光探針為權利要求1-3任一項所述的NIR-IIb/c稀土納米顆粒熒光探針或權利要求4或5所述制備方法得到的NIR-IIb/c稀土納米顆粒熒光探針。
7.根據(jù)權利要求6所述的親水化修飾方法，其特征在于，包括以下步驟：
8.根據(jù)權利要求7所述的親水化修飾方法，其特征在于，步驟1）中，所述PMAH、氯仿、NIR-IIb/c稀土納米顆粒熒光探針、DMAP的質(zhì)量體積比為70~90?mg：2~8?mL：300~500?μL：70~150?mg；和/或，所述離心處理的轉(zhuǎn)速為12000~14000?rpm，處理時間為1.5~3?h；和/或，所述MES溶液的pH為8~11；
9.一種親水化修飾后的NIR-IIb/c稀土納米顆粒熒光探針，其特征在于，由權利要求7或8所述的NIR-IIb/c稀土納米顆粒熒光探針的親水化修飾方法得到。
10.權利要求1-3任一項所述的NIR-IIb/c稀土納米顆粒熒光探針或權利要求4-6任一項所述方法得到的NIR-IIb/c稀土納米顆粒熒光探針或權利要求7或8所述方法得到的親水化修飾后的NIR-IIb/c稀土納米顆粒熒光探針在NIR-IIb/c生物成像中的應用。
...【技術特征摘要】
1.一種nir-iib/c稀土納米顆粒熒光探針，其特征在于，所述nir-iib/c稀土納米顆粒熒光探針由內(nèi)到外依次包含核、活性殼和惰性殼；其中，所述核包含tm3+離子和er3+離子，所述活性殼包含er3+離子、yb3+離子和ce3+離子。
2.根據(jù)權利要求1所述的nir-iib/c稀土納米顆粒熒光探針，其特征在于，所述惰性殼包含y3+離子；
3.根據(jù)權利要求2所述的nir-iib/c稀土納米顆粒熒光探針，其特征在于，x為80%~99.99%，優(yōu)選為88%~98%，更優(yōu)選為92%；y為0.01~20%，優(yōu)選為2%~12%，更優(yōu)選為8%；m為38%~100%，優(yōu)選為60%~97%，更優(yōu)選為84%；n為0~50%，優(yōu)選為2%~30%，更優(yōu)選為10%；p為0~12%，優(yōu)選為1%~10%，更優(yōu)選為6%；a為na+離子或k+離子，優(yōu)選為na+離子。
4.一種nir-iib/c稀土納米顆粒熒光探針的制備方法，其特征在于，包括依次制備包含tm3+離子和er3+離子的核、包含er3+離子、yb3+離子和ce3+離子的活性殼和包含y3+離子的惰性殼；優(yōu)選的，包括以下步驟：
5.根據(jù)權利要求4所述的nir-iib/c熒光納米探針的制備方法，其特征在于，步驟1）中，tm(ch3coo)3和er(ch3coo)3的摩爾比為0.02~0.12：0.88~0.98；和/或，油酸和十八烯的質(zhì)量比為4~7：4~8；和/或，nh4f和naoh的質(zhì)量比為65~85：100~120；和/或，在惰性氣氛下在145~155?℃加...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：鐘業(yè)騰，宋志政，方治國，
申請(專利權)人：國家納米科學中心，
類型：發(fā)明
國別省市：
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