專利名稱：一種近紅外發(fā)光生物熒光標(biāo)記材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及近紅外發(fā)光材料，特別涉及ー種近紅外發(fā)光生物熒光標(biāo)記材料及制備方法。
背景技術(shù)：
熒光探針技術(shù)由于高靈敏度、高選擇性、特性參數(shù)多、動(dòng)態(tài)范圍寬而在許多學(xué)科領(lǐng)域的研究工作中發(fā)揮著重要作用。隨著熒光探針合成技術(shù)的不斷發(fā)展，其應(yīng)用也愈加廣泛。傳統(tǒng)的有機(jī)熒光團(tuán)主要有熒光素類染料、羅丹明類染料、菁染料、其他熒光染料等。這些有機(jī)染料吸收光譜較窄，發(fā)射光譜寬且交疊，水溶性較差，容易發(fā)生分解，不易與生物分子偶聯(lián)，穩(wěn)定性較差；另外，生物體系的復(fù)雜性經(jīng)常需要同時(shí)觀察幾種組分，如果用染料分子染色，則需要用不同波長(zhǎng)的光來激發(fā)。因此，應(yīng)用于生物等領(lǐng)域中就有一定的局限性。量子點(diǎn)與傳統(tǒng)的有機(jī)突光染料相比，具有寬激發(fā)、發(fā)射峰較窄并且對(duì)稱、發(fā)射波長(zhǎng)可通過控制它的尺寸大小和組成來調(diào)節(jié)、熒光強(qiáng)度及穩(wěn)定性是普通熒光染料的100倍左右、生物體系中幾乎沒有光漂白現(xiàn)象、生物相容性好等優(yōu)點(diǎn)，這些特性使它們克服了有機(jī)熒光團(tuán)作為探針而難以解決的問題，但是，量子點(diǎn)一般具有生物毒性，雖然通過包覆方法可以減弱毒性，可同時(shí)也減弱了它的光學(xué)性能，所以關(guān)于量子點(diǎn)在生物等領(lǐng)域中應(yīng)用還在研究和探索中。稀土摻雜發(fā)光材料相對(duì)于有機(jī)染料和量子點(diǎn)材料，毒性低，但隨著稀土價(jià)格提升，使其研究和生產(chǎn)成本也越來越高。傳統(tǒng)的有機(jī)熒光團(tuán)、量子點(diǎn)和稀土摻雜發(fā)光材料除了上述優(yōu)缺點(diǎn)外，它們發(fā)光區(qū)域主要在可見光區(qū)域或IlOOnm以下的近紅外區(qū)域。目前，隨著生物醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的不斷發(fā)展，近紅外熒光成像技術(shù)在生 物醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域得到了越來越多的關(guān)注和應(yīng)用。其中，近紅外ニ區(qū)(IOOOnm 1400nm)熒光對(duì)生物組織穿透能力強(qiáng)，成像信噪比高，故該區(qū)域熒光成像技術(shù)在生物活體成像領(lǐng)域已展現(xiàn)出巨大潛力。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明的目的在于提供ー種近紅外發(fā)光生物熒光標(biāo)記材料，是采用價(jià)格低的錳離子作為激活劑，無毒、發(fā)光強(qiáng)、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐水性能優(yōu)良，其近紅外發(fā)光主要是在近紅外ニ區(qū)(IOOOnm 1400nm)，具有寬激發(fā)、發(fā)射峰較窄、壽命長(zhǎng)、熒光強(qiáng)度及穩(wěn)定性超過有機(jī)染料和量子點(diǎn)、生物體系中幾乎沒有光漂白現(xiàn)象、生物相容性好等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的另ー目的在于提供上述近紅外發(fā)光生物熒光標(biāo)記材料的制備方法。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)—種近紅外發(fā)光生物突光標(biāo)記材料,其晶體結(jié)構(gòu)為菱形六面體結(jié)構(gòu)，分子式為Ba3[P(1_x)Mnx04]2，其中 0. 002 ^ x ^ 0. 025。ー種近紅外發(fā)光生物熒光標(biāo)記材料的制備方法，包括以下步驟
(I)按元素摩爾比Ba :P :Mn=3 :2(1-X) :2x，其中0. 002彡x彡0. 025，準(zhǔn)確稱量含鋇化合物原料、含磷化合物原料及含錳化合物原料；(2)經(jīng)過研磨混勻后，在溫度為300 500°C的條件下預(yù)燒3 8小吋；(3)將預(yù)燒后的樣品取出，再次研磨混勻后，在溫度為900 1100°C下燒制10 20小吋，制得近紅外發(fā)光的錳摻雜熒光體粉末。步驟(3)之后還進(jìn)行以下步驟(4)把制備好的近紅外發(fā)光突光體粉末分散在こ醇中，用飛秒激光在500 IOOOmff的功率下進(jìn)行激光粉碎，得到直徑為20 80nm顆粒。所述含鋇化合物原料為碳酸鋇、碳酸氫鋇、硝酸鋇、氯化鋇、氧化鋇、草酸鋇和醋酸鋇等中的任ー種。所述含磷化合物原料為磷酸銨、磷酸ニ氫銨、磷酸氫ニ銨中的任ー種。所述含錳化合物原料為三氧化ニ錳、錳粉、碳酸錳、氯化錳、硝酸錳、醋酸錳及草酸錳等中的任ー種。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有優(yōu)點(diǎn)與有益效果(I)本發(fā)明制備的近紅外發(fā)光生物熒光標(biāo)記材料，具有在紫外區(qū)域和500 IOOOnm光譜區(qū)吸收，在激發(fā)波長(zhǎng)為200 400nm和550 900nm光譜區(qū)的激發(fā)光激發(fā)下具有覆蓋1100 1300nm區(qū)間的近紅外熒光，其熒光壽命為約為500 600微秒；寬的激發(fā)光譜區(qū)、窄的發(fā)射光區(qū)域、在118 3nm附近處有很強(qiáng)的近紅外發(fā)光；無毒、發(fā)光強(qiáng)、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐水性能優(yōu)良，穩(wěn)定性超過有機(jī)染料和量子點(diǎn)、生物體系中幾乎沒有光漂白現(xiàn)象、生物相容性好。(2)本發(fā)明的近紅外發(fā)光生物熒光標(biāo)記材料，以價(jià)格低的錳離子作為激活劑，制備成本低。(3)本發(fā)明的近紅外發(fā)光生物熒光標(biāo)記材料的制備方法，可以在空氣中低溫(彡1100°C)燒制。


圖1為本發(fā)明的實(shí)施例1制備的錳離子摻雜磷酸鋇的紫外-可見-近紅外吸收光レ曰。圖2為本發(fā)明的實(shí)施例1制備的錳離子摻雜磷酸鋇在發(fā)射波長(zhǎng)為1183nm下的激發(fā)光譜。圖3為本發(fā)明的實(shí)施例1制備的錳離子摻雜磷酸鋇在激發(fā)波長(zhǎng)為680nm下的發(fā)射光譜。圖4為本發(fā)明的實(shí)施例1制備的錳離子摻雜磷酸鋇分別在激發(fā)波長(zhǎng)為260、300、690和800nm下的發(fā)射光譜。圖5為本發(fā)明的實(shí)施例1制備的不同濃度的錳離子(0. 2、0. 5、1、1.5、2.0、2. 5mol%)摻雜磷酸鋇的發(fā)射光譜，監(jiān)測(cè)波長(zhǎng)為1183nm，激發(fā)波長(zhǎng)為680nm。圖6為本發(fā)明的實(shí)施例1制備的不同濃度的錳離子(0. 2、0. 5、1、1.5、2. O、
2.5mol%)摻雜對(duì)磷酸鋇的發(fā)光強(qiáng)度的影響。圖7為本發(fā)明的實(shí)施例1制備的錳離子摻雜磷酸鋇的熒光衰減曲線，監(jiān)測(cè)波長(zhǎng)為1183nm,激發(fā)波長(zhǎng)為680nm。圖8為本發(fā)明的實(shí)施例1制備的錳離子摻雜磷酸鋇的熒光壽命和錳離子摻雜濃度(0. 2,0. 5、1、1. 5,2. 0,2. 5mol%)的關(guān)系。圖9為本發(fā)明的實(shí)施例1制備的錳離子摻雜磷酸鋇熒光強(qiáng)度與熒光壽命與溫度(10 300K)的關(guān)系。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步地詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例1選取碳酸鋇、磷酸銨及 三氧化ニ猛作起始原料,按照Ba3[P(1_x)Mnx04]2 (x=0. 2、0. 5、1、1. 5、2. 0、2. 5mol%)所示摩爾比，分別準(zhǔn)確稱取三種原料，控制混合物總重為50克左右。50克混合物經(jīng)球磨混勻后，放入剛玉坩堝，然后將坩堝放入高溫電爐。精確控制升溫速率，控制硫酸銨化合物分解反應(yīng)速度，防止混合物從坩堝中溢出，樣品在400°C預(yù)燒5小吋。將預(yù)燒后的樣品取出，再次研磨混勻，放入坩堝，在1000°C燒制14小時(shí)，即得到五價(jià)錳離子摻雜磷酸鋇近紅外發(fā)光材料。把制備好的近紅外發(fā)光熒光體粉末分散在こ醇中，運(yùn)用飛秒激光技術(shù)，在功率為800mW左右條件下進(jìn)行激光粉碎，得到直徑為20 80納米顆粒。X射線衍射分析表明樣品為Ba3(PO4)2純相。本實(shí)施例制備的錳離子摻雜磷酸鋇近紅外發(fā)光生物熒光標(biāo)記材料在紫外區(qū)域和500 IOOOnm光譜區(qū)具有吸收(見圖1);其激發(fā)光譜峰帶在紫外區(qū)域(200 400nm)和500 900nm光譜區(qū)，三個(gè)激發(fā)峰峰位位于 260nm、300nm和680nm (見圖2);在激發(fā)波長(zhǎng)為680nm的激發(fā)下可以產(chǎn)生峰位位于1183nm的近紅外發(fā)光，熒光覆蓋1100 130nm光譜區(qū)(見圖3);分別在260nm、300nm、690nm及800nm的激發(fā)光激發(fā)下，熒光覆蓋1100 130nm光譜區(qū)，發(fā)射峰峰位位于都在1183nm(見圖4)。不同濃度的錳離子摻雜磷酸鋇發(fā)射光譜(見圖5)及錳離子濃度對(duì)本發(fā)明制備的近紅外發(fā)光生物熒光標(biāo)記材料的發(fā)光強(qiáng)度的影響(見圖6)，從圖6可知，錳離子的最佳摻雜濃度為lmol%左右。圖7顯示了錳離子摻雜磷酸鋇近紅外發(fā)光生物熒光標(biāo)記材料熒光壽命曲線，圖8顯示了錳離子摻雜磷酸鋇近紅外發(fā)光生物熒光標(biāo)記材料熒光壽命與錳離子摻雜濃度的關(guān)系。圖9顯示了溫度在10 300K范圍內(nèi)變化對(duì)本發(fā)明制備的近紅外發(fā)光生物突光標(biāo)記材料的突光壽命和突光強(qiáng)度的影響。實(shí)施例2選取硝酸鋇、磷酸氫ニ銨和硝酸錳作起始原料，按照Ba3[P(1_x)Mnx04]2 (x=0. 2、0. 5、1、1. 5、2. 0、2. 5mol%)所示摩爾比，分別稱取三種原料，控制混合物總重為50克左右。50克混合物經(jīng)球磨混勻后，放入剛玉坩堝，然后將坩堝放入高溫電爐。精確控制升溫速率，控制硫酸銨化合物分解反應(yīng)速度，防止混合物從坩堝中溢出，樣品在400°C預(yù)燒5小吋。將預(yù)燒后的樣品取出，再次研磨混勻，放入坩堝，在1000°C燒14小時(shí)，即得到五價(jià)錳離子摻雜磷酸鋇近紅外發(fā)光熒光體。把制備好的近紅外發(fā)光熒光體粉末分散在こ醇中，運(yùn)用飛秒激光技術(shù)，在功率為500mW左右條件下進(jìn)行激光粉碎，得到直徑為20 80nm顆粒。X射線衍射分析表明樣品為Ba3(PO4)2純相。錳離子摻雜磷酸鋇近紅外發(fā)光材料的光譜性質(zhì)及性能同實(shí)施例I中類似。
實(shí)施例3選取氯化鋇、磷酸ニ氫銨及氯化錳作起始原料，按照Ba3[P(1_x)Mnx04]2 (x=0. 2、0. 5、1、1. 5、2. 0、2. 5mol%)所示摩爾比，分別稱取三種原料，控制混合物總重為50克左右。50克混合物經(jīng)球磨混勻后，放入剛玉坩堝，然后將坩堝放入高溫電爐。精確控制升溫速率，控制硫酸銨化合物分解反應(yīng)速度，防止混合物從坩堝中溢出，樣品在400°C預(yù)燒5小吋。將預(yù)燒后的樣品取出，再次研磨混勻，放入坩堝，在1000°C燒14小吋，即得到五價(jià)錳摻雜磷酸鋇近紅外發(fā)光熒光體。運(yùn)用現(xiàn)代飛秒激光技術(shù)，在功率為IOOOmW左右條件下進(jìn)行激光粉碎，得到直徑為20 80納米顆粒。X射線衍射分析表明樣品為Ba3(PO4)2純相。錳離子摻雜磷酸鋇近紅外發(fā)光材料的光譜性質(zhì)及性能同實(shí)施例1中類似。實(shí)施例4選取碳酸氫鋇、磷酸銨及草酸猛作起始原料,按照Ba3[P(1_x)MnxOJ2 (x=0. 2、0. 5、1、1.5、2. 0、2. 5mol%)所示摩爾比，分別稱取三種原料，控制混合物總重為50克左右。50克混合物經(jīng)球磨混勻后，放入剛玉坩堝，然后將坩堝放入高溫電爐。精確控制升溫速率，控制硫酸銨化合物分解反應(yīng)速度，防止混合物從坩堝中溢出，樣品在400°C預(yù)燒5小吋。將預(yù)燒后的樣品取出，再次研磨混勻，放入坩堝，在1000°C燒14小吋，即得到五價(jià)錳離子摻雜磷酸鋇近紅外發(fā)光熒光體。把制備好的近紅外發(fā)光熒光體粉末分散在こ醇中，運(yùn)用現(xiàn)代飛秒激光技術(shù)，在功率為800mW左右條件下進(jìn)行激光粉碎，得到直徑為20 80納米顆粒。X射線衍射分析表明樣品為Ba3(PO4)2純相。錳離子摻雜磷酸鋇近紅外發(fā)光材料的光譜性質(zhì)及性能同實(shí)施例1中類似。實(shí)施例5 選取醋酸鋇、磷酸氫ニ銨及醋酸錳作起始原料，按照Ba3[P(1_x)Mnx04]2 (x=0. 2、0. 5、1、1. 5、2. 0、2. 5mol%)所示摩爾比，分別稱取三種原料，控制混合物總重為50克左右。50克混合物經(jīng)球磨混勻后，放入剛玉坩堝，然后將坩堝放入高溫電爐。精確控制升溫速率，控制硫酸銨化合物分解反應(yīng)速度，防止混合物從坩堝中溢出，樣品在400°C預(yù)燒4小吋。將預(yù)燒后的樣品取出，再次研磨混勻，放入坩堝，在1000°C燒14小吋，即得到五價(jià)錳離子摻雜磷酸鋇近紅外發(fā)光熒光體。把制備好的近紅外發(fā)光熒光體粉末分散在こ醇中，運(yùn)用現(xiàn)代飛秒激光技術(shù)，在功率為800mW左右條件下進(jìn)行激光粉碎，得到直徑為20 80納米顆粒。X射線衍射分析表明樣品為Ba3(PO4)2純相。錳離子摻雜磷酸鋇近紅外發(fā)光熒光體的光譜性質(zhì)及性能同實(shí)施例1中類似。實(shí)施例6選取硝酸鋇、磷酸ニ氫銨及錳粉作起始原料，按照Ba3[P(1_x)Mnx04]2 (x=0. 2、0. 5、1、1.5、2. 0、2. 5mol%)所示摩爾比，分別稱取三種原料，控制混合物總重為50克左右。50克混合物經(jīng)球磨混勻后，放入剛玉坩堝，然后將坩堝放入高溫電爐。精確控制升溫速率，控制硫酸銨化合物分解反應(yīng)速度，防止混合物從坩堝中溢出，樣品在400°C預(yù)燒3小吋。將預(yù)燒后的樣品取出，再次研磨混勻，放入坩堝，在1000°C燒14小吋，即得到五價(jià)錳離子摻雜磷酸鋇近紅外發(fā)光熒光體。把制備好的近紅外發(fā)光熒光體粉末分散在こ醇中，運(yùn)用現(xiàn)代飛秒激光技術(shù)，在功率為800mW左右條件下進(jìn)行激光粉碎，得到直徑為20 80納米顆粒。X射線衍射分析表明樣品為Ba3(PO4)2純相。錳離子摻雜磷酸鋇近紅外發(fā)光熒光體的光譜性質(zhì)及性能同實(shí)施例1中類似。
上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受所述實(shí)施例的限制，如含鋇的化合物原料還可為氧化鋇、草酸鋇等，含錳的化合物原料還可碳酸錳等，其他的任何未·背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種近紅外發(fā)光生物突光標(biāo)記材料，其特征在于，其晶體結(jié)構(gòu)為菱形六面體結(jié)構(gòu)，分子式為 Ba3[P(1_x)MnxOJ2，其中 0. 002 ^ x ^ 0. 025。
2.—種近紅外發(fā)光生物熒光標(biāo)記材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)按元素摩爾比BaP Mn=3 2(l-x) :2x，其中0.002彡x彡0. 025，稱取含鋇化合物原料、含磷化合物原料及含錳化合物原料； (2)經(jīng)過研磨混勻后，在溫度為300 500°C的條件下預(yù)燒3 8小時(shí)； (3)將預(yù)燒后的樣品取出，再次研磨混勻后，在溫度為900 1100°C下燒制10 20小時(shí)，制得近紅外發(fā)光的熒光體粉末。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的近紅外發(fā)光生物熒光標(biāo)記材料的制備方法，其特征在于，步驟(3)之后還進(jìn)行以下步驟 (4)把制備好的近紅外發(fā)光熒光體粉末分散在乙醇中，用飛秒激光在500 IOOOmW的功率下進(jìn)行激光粉碎，得到直徑為20 SOnm顆粒。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的近紅外發(fā)光生物熒光標(biāo)記材料的制備方法，其特征在于，所述含鋇化合物原料為碳酸鋇、碳酸氫鋇、硝酸鋇、氯化鋇、氧化鋇、草酸鋇和醋酸鋇中的任一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的近紅外發(fā)光生物熒光標(biāo)記材料的制備方法，其特征在于，所述含磷化合物原料為磷酸銨、磷酸二氫銨、磷酸氫二銨中的任一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的近紅外發(fā)光生物熒光標(biāo)記材料的制備方法，其特征在于，所述含錳化合物原料為三氧化二錳、錳粉、碳酸錳、氯化錳、硝酸錳、醋酸錳及草酸錳中的任一種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種近紅外發(fā)光生物熒光標(biāo)記材料，其晶體結(jié)構(gòu)為菱形六面體結(jié)構(gòu)，分子式為Ba3[P(1-x)MnxO4]2，其中0.002≤x≤0.025。本發(fā)明還公開了上述材料的制備方法，包括以下步驟(1)按元素摩爾比稱取含有鋇、磷及的錳化合物原料；(2)經(jīng)過研磨混勻后，控制溫度在300～500℃條件下預(yù)燒3～8小時(shí)；(3)將預(yù)燒后的樣品取出，再次研磨混勻后，在溫度為900～1100℃下燒制10～20小時(shí)，制得近紅外發(fā)光的熒光粉末。本發(fā)明制備的熒光標(biāo)記材料具有發(fā)光強(qiáng)、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐水性能優(yōu)良、寬激發(fā)、發(fā)射峰較窄、壽命長(zhǎng)、生物相容性好等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C09K11/71GK103045250SQ20121054405
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月14日
發(fā)明者曹人平, 邱建榮, 張芳騰, 馬志軍, 廖臣興 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)