一種水溶性上轉換熒光納米材料的制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種水溶性上轉換熒光納米材料的制備方法，包括以下步驟：配制包含釔離子、鐿離子和鉺離子的稀土硝酸鹽溶液，加入脂肪醇和水溶性稀土離子配體混勻，加入氟化鈉水溶液，使得：（1）所述氟離子與總的稀土離子的摩爾比為（5～16）∶1；（2）整個混合溶液中脂肪醇與水的體積比為（0.5～1）∶1；所得混合液體于200～240℃水熱反應，冷卻到室溫后，離心分離固體產物得上轉換熒光納米材料。本發明所制備上轉換熒光納米材料以六方晶相為主體，其上轉換發光強度較高，水溶性較好，適于生物學標記。
【專利說明】一種水溶性上轉換熒光納米材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及上轉換熒光納米材料的制備方法，特別涉及一種上轉換發光強度較高的水溶性上轉換熒光納米材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]上轉換熒光納米材料是一種近紅外激發、可見光發射的熒光納米材料，具有組織穿透深度大、對生物活體無光損傷、可避免生物體本體熒光、抗光漂白、安全無毒等優點，它作為一種生物標記熒光材料受到人們越來越多的關注。上轉換熒光納米材料應用于生物分析的前提是材料的上轉換發光強度高、尺寸形貌可控、水溶性好且可與生物分子偶聯。
[0003]上轉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換熒光納米材料，更適宜用于生物醫學分析。
[0004]現有方法所制備的六方晶相上轉換熒光納米材料都是油溶性的，要用于生物標記就要用配體交換、配體氧化、層層組裝和表面硅烷化的方法將油溶性的上轉換熒光納米材料轉變為水溶性的，該方法的前處理操作復雜，且水溶性不易控制；而水溶性的上轉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，上轉換發光強度不高，且尺寸較大，不適宜用于生物分析。目前水溶性上轉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記材料的應用。因此，提供一種以六方晶相為主的，同時兼顧晶體尺寸和水溶性問題的上轉換熒光納米材料的制備方法具有重要的現實意義。

【發明內容】

[0005]本發明要解決的技·術問題為提供一種以六方晶相為主體的水溶性上轉換熒光納米材料的制備方法，該方法制備條件溫和，所制備熒光納米材料中六方晶相占70%以上、上轉換發光強度高、粒徑在IOOnm以下、水溶性好、可直接與生物分子偶聯。
[0006]具體地，本發明提供了一種水溶性上轉換熒光納米材料的制備方法，包括以下步驟:
[0007](I)按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)的配比，配制稀土硝酸鹽溶液；
[0008](2)向步驟(1)所得稀土硝酸鹽溶液加入脂肪醇，以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的摩爾比為(5~16):1，所述脂肪醇與水的體積比為(0.5 ~I):1 ;
[0010](4)將步驟(3)所得混合液體于200~240°C水熱反應10~24小時；
[0011](5)離心分離固體產物得上轉換熒光納米材料。[0012]上述方法中，所述步驟(1)的具體過程如下:按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)的配比稱取氧化釔、氧化鐿和氧化鉺，向其中加入質量分數為65飛8%的濃硝酸，加熱攪拌，形成無色透明的稀土硝酸鹽溶液，升高反應溫度，繼續攪拌，蒸干水分和硝酸，獲得稀土硝酸鹽粉末，用水溶解即得稀土硝酸鹽溶液。
[0013]上述方法中，所述水溶性稀土離子配體為聚丙烯酸、氨基乙基膦酸或者聚乙烯亞胺。制備過程中，所述聚丙烯酸、氨基乙基膦酸或者聚乙烯亞胺與稀土離子螯合，使得合成的上轉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。
[0014]所述水溶性稀土離子配體與總的稀土離子的摩爾比為(0.03~2):1。
[0015]所述脂肪醇為乙醇、正丙醇或正丁醇。
[0016]上述方法中，還包括將所得產物進行常規純化的步驟，即使用無水乙醇和超純水進行洗滌固體產物，室溫下真空干燥。
[0017]本發明可以通過改變脂肪醇和超純水的體積比來控制產物的晶相和尺寸，隨著脂肪醇所占比例的增加，晶體由立方相向六方相轉變所需的臨界F_和稀土離子Ln3+的摩爾比降低，在相同的F_/Ln3+摩爾比和相同的反應時間和反應溫度下，隨著脂肪醇含量的增加，產物中六方晶相的比例逐漸增加，產物的晶體尺寸逐漸減小。使用本發明所述方法制備的上轉換熒光納米材料中，六方晶相所占比例為70%以上。
[0018]與現有合成方法相比，本發明所述制備方法具有如下優點:
[0019](I)所制備的上轉換熒光納米材料中，六分晶相所占比例較大(占70%以上)，上轉換發光強度較高；
[0020](2)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；
[0021](3)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，方便標記；
[0022](4)本發明所述方法反應條件溫和，操作簡單，反應過程安全無毒，且可進行重復試驗，適于大批量生產。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為實施例1制備的上轉換熒光納米材料的X射線衍射譜圖(A)和透射電鏡圖(B)；
[0024]圖2為實施例2制備的上轉換熒光納米材料的X射線衍射譜圖(A)和透射電鏡圖(B)；
[0025]圖3為實施例3制備的上轉換熒光納米材料的X射線衍射譜圖(A)和透射電鏡圖(B)；
[0026]圖4為實施例4制備的上轉換熒光納米材料的X射線衍射譜圖(A)和透射電鏡圖(B)；
[0027]圖5為實施例5制備的上轉換熒光納米材料的X射線衍射譜圖(A)和透射電鏡圖(B)；
[0028]圖6為實施例6制備的上轉換熒光納米材料的X射線衍射譜圖(A)和透射電鏡圖(B)；[0029]圖7為實施例7制備的上轉換熒光納米材料的X射線衍射譜圖(A)和透射電鏡圖(B)；
[0030]圖8為實施例8制備的上轉換熒光納米材料的X射線衍射譜圖(A)和透射電鏡圖(B)。
【具體實施方式】
[0031] 為了使本領域的技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合具體實施例對本發明作進一步的詳細說明。
[0032]以下實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。
[0033]以下實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、.1200g氧化鉺，向其中加入4~8ml質量分數為65飛8%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，將反應溫度升高到140°C，繼續攪拌6~18h，蒸干水分和硝酸，獲得稀土硝酸鹽粉末，用25ml超純水溶解，配成稀土離子總濃度為0.25mol/l的稀土硝酸鹽溶液，過濾后備用。
[0034]實施例1
[0035]取稀土硝酸鹽溶液(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(聚丙烯酸與總的稀土離子摩爾比為1:1)的水溶液14ml，攪拌IOmin ;然后加入含0.2100g氟化鈉(氟離子與總的稀土離子的摩爾比為10: I)的水溶液8ml，攪拌20min后，置于高壓反應釜中，在攪拌條件下于200°C反應IOh ;停止加熱并保持攪拌冷卻至室溫，離心分離出固體產物，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。
[0036]實施例2
[0037]取稀土硝酸鹽溶液(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(聚丙烯酸與總的稀土離子摩爾比為1:1)的水溶液8ml，攪拌IOmin ;然后加入含0.2100g氟化鈉(氟離子與總的稀土離子的摩爾比為10: I)的水溶液8ml，攪拌20min后，置于高壓反應釜中，在攪拌條件下于200°C反應IOh ;停止加熱并保持攪拌冷卻至室溫，離心分離出固體產物，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。
[0038]實施例3
[0039]取稀土硝酸鹽溶液(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0.340g聚乙烯亞胺(聚乙烯亞胺與總的稀土離子的摩爾比為0.5:1)的水溶液8ml，攪拌IOmin ;然后加入含0.2100g氟化鈉(氟離子與總的稀土離子的摩爾比為10: I)的水溶液8ml，攪拌20min后，置于高壓反應釜中，在攪拌條件下于240°C水熱反應IOh ;停止加熱并保持攪拌冷卻至室溫，離心分離出固體產物，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。
[0040]實施例4
[0041]取稀土硝酸鹽溶液(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(聚乙烯亞胺與總的稀土離子摩爾比為0.5:1)的水溶液8ml，攪拌IOmin ;然后加入含0.1260g氟化鈉(氟離子與總的稀土離子的摩爾比為6: I)的水溶液8ml，攪拌20min后，置于高壓反應釜中，在攪拌條件下于200°C水熱反應12h ;停止加熱并保持攪拌冷卻至室溫，離心分離出固體產物，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。
[0042]實施例5
[0043]取稀土硝酸鹽溶液(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(聚丙烯酸與總的稀土離子摩爾比為1:1)的水溶液14ml，攪拌IOmin ;然后加入含0.2100g氟化鈉(氟離子與總的稀土離子的摩爾比為16: I)的 水溶液8ml，攪拌20min后，置于高壓反應釜中，在攪拌條件下于200°C水熱反應18h ;停止加熱并保持攪拌冷卻至室溫，離心分離出固體產物，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。
[0044]實施例6
[0045]取稀土硝酸鹽溶液(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(聚丙烯酸與總的稀土離子的摩爾比為1:1)的水溶液8ml，攪拌IOmin ;然后加入含0.2100g氟化鈉(氟離子與總的稀土離子的摩爾比為10: I)的水溶液8ml，攪拌20min后，置于高壓反應釜中，在攪拌條件下于200°C反應IOh ;停止加熱并保持攪拌冷卻至室溫，離心分離出固體產物，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六方晶相的混合晶相，通過計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。
[0046]實施例7
[0047]取稀土硝酸鹽溶液(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18ml無水乙醇，再加入含0.1400g氨基乙基膦酸(氨基乙基膦酸與總的稀土離子的摩爾比為2:1)的水溶液8ml，攪拌IOmin ;然后加入含0.1170g氟化鈉(氟離子與總的稀土離子的摩爾比為5: I)的水溶液8ml，攪拌20min后，置于高壓反應釜中，在攪拌條件下于200°C反應12h ;停止加熱并保持攪拌冷卻至室溫，離心分離出固體產物，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。
[0048]實施例8
[0049]取稀土硝酸鹽溶液(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(聚乙烯亞胺與總的稀土離子的摩爾比為0.33:1)的水溶液8ml，攪拌IOmin ;然后加入含0.1260g氟化鈉(氟離子與總的稀土離子的摩爾比為6: I)的水溶液8ml，攪拌20min后，置于高壓反應釜中，在攪拌條件下于200°C反應IOh ;停止加熱并保持攪拌冷卻至室溫，離心分離出固體產物，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TK方晶相的混合晶相，通過計算立方晶相和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。
[0050]本發明所列舉的各原料，以及本發明各原料的上下限、區間取值，以及工藝參數(如溫度、時間等)的上下限、區間取值都能實現本發明，在此不一一列舉實施例。
[0051]經實驗證明，上述各實施例制備的上轉換熒光納米材料具有較好的上轉換發光強度，且水溶性良好。
[0052]以上所述 僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種水溶性上轉換熒光納米材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟: (1)按稀土離子摩爾比為釔離子:鐿離子:鉺離子為(6(T90):(5~35):(0.5^10)的配t匕，配制稀土硝酸鹽溶液； (2)向步驟(1)所得稀土硝酸鹽溶液加入脂肪醇，以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的摩爾比為(5~16):1，所述脂肪醇與水的體積比為(0.5 ~I):1 ; (4)將步驟(3)所得混合液體于200~240°C水熱反應10~24小時； (5)離心分離固體產物得上轉換熒光納米材料。
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)的具體過程如下:按稀土離子摩爾比為釔離子:鐿離子:鉺離子為(6(T90):(5~35):(0.5^10)的配比稱取氧化釔、氧化鐿和氧化鉺，向其中 加入質量分數為65飛8%的濃硝酸，加熱攪拌，形成無色透明的稀土硝酸鹽溶液，升高反應溫度，繼續攪拌，蒸干水分和硝酸，獲得稀土硝酸鹽粉末，用水溶解即得稀土硝酸鹽溶液。
3.根據權利要求1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、氨基乙基膦酸或者聚乙烯亞胺。
4.根據權利要求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與總的稀土離子的摩爾比為(0.03~2):lo
5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述脂肪醇為乙醇、正丙醇或正丁醇。
【文檔編號】C09K11/06GK103589418SQ201210293339
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2012年8月17日 優先權日:2012年8月17日
【發明者】劉志洪, 楊利, 何夢媛, 孫靖, 王宇輝 申請人:廣州陽普醫療科技股份有限公司